航空航天數(shù)據(jù)總線技術(shù)綜述之二 高速數(shù)據(jù)總線

本文將針對IEEE1394、FDDI、LDPB及SpaceWire等部分中高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)進行詳細介紹。


1.

IEEE1394總線




IEEE1394是由IEEE制定的一種高性能串行總線標準，又名火線(FireWire)。IEEE

1394協(xié)議分為1394a、1394b等，其中1394b可支持高達3.2

Gbps傳輸速率，并支持光纖傳輸。IEEE1394作為商用總線，近年來發(fā)展迅速，不僅在工業(yè)和測控領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而且已經(jīng)逐步深入到航空航天及軍事應(yīng)用領(lǐng)域。


基于1394b的光纖總線系統(tǒng)具有計算能力強、吞吐量大、可靠性高、易于擴展、維護方便、且支持點對點通信、廣播通信及支持熱插拔等優(yōu)點，為多模態(tài)傳感系統(tǒng)、在線實時檢測和視頻圖像傳輸提供了廣闊的空間。


因此，基于1394b光纖總線的軍事應(yīng)用，對于提高武器系統(tǒng)打擊精度、機動性和快速性具有重要意義。IEEE1394b已經(jīng)使用在軍用飛機上，并作為F22猛禽戰(zhàn)機上的視頻總線，同時也在F35上有所使用。


2.

FDDI總線



光纖分布式數(shù)據(jù)接口(

FDDI:

Fiber

Distributed

Data

Interface)

高速總線由美國海軍研究中心提出,由美國國家標準局（ANSI）于1989年制定的一種用于高速局域網(wǎng)的MAC標準。FDDI是一種按令牌協(xié)議傳輸信息、實現(xiàn)分布式控制、分布式處理的光纖介質(zhì)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?！傲钆啤笔且粋€特別定義的信息幀，只有令牌明確尋址的終端才可在總線上發(fā)送信息，對總線上每個終端都給定一個握有令牌的時間期,在終端握有令牌的時間期內(nèi),

終端主控工作,

可發(fā)送信息給其他終端。


FDDI傳輸速率可達100Mbps，F(xiàn)DDI具有傳輸速率高、傳輸距離長、覆蓋范圍大、可靠性高、安全性高、支持可動態(tài)分布傳輸?shù)奶攸c，因此在上世紀90年代作為先進的光纖組網(wǎng)技術(shù)得到了發(fā)展與應(yīng)用。FDDI主要用于海軍作戰(zhàn)系統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用于艦載作戰(zhàn)情報指揮系統(tǒng)（C3I）的海軍第三代ZKJ-7上，并且還應(yīng)用于國際空間站中。


3.

LTPB總線技術(shù)



LTPB(LinearToken

Passing

Bus)是由國際自動機工程師學(xué)會（SAE

International）制定的軍用數(shù)據(jù)總線，定義了令牌消息、站管理消息、數(shù)據(jù)消息三種消息類型，其數(shù)據(jù)傳輸速率為50Mbit/s，最多可連接128個終端，消息最大長度為4096個字。從物理上看，LTPB是星型拓撲結(jié)構(gòu)，易于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上信息的傳送及整個網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，從邏輯上看，它按站點地址遞增順序形成環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)。


線性令牌傳輸數(shù)據(jù)總線(

LTPB)采用令牌傳輸協(xié)議,不需總線控制器,實現(xiàn)了真正的分布式控制、分布式處理。LTPB總線技術(shù)采用光纖傳輸介質(zhì),具有很強的抗電磁干擾能力，其傳輸總線為廣播式總線。


LTPB對應(yīng)的標準為SAE

AS4074.1，應(yīng)用于RAH-66、F-22“猛禽”第4代戰(zhàn)斗機中。


4.

SpaceWire總線



SpaceWire是歐洲航天局開發(fā)的一種高速、點對點、全雙工的串行總線網(wǎng)絡(luò)，以IEEE1355-1995

和LVDS

兩個商業(yè)標準為基礎(chǔ)，汲取了1394技術(shù)、ATM技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點，同時考慮了空間應(yīng)用的特點，在故障檢測與時間確定性方面做了加強。SpaceWire最高速度可以達到400Mbps，是目前在航天領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的高速數(shù)據(jù)總線，已成功應(yīng)用于火星探測器“Mars

Express”項目、彗星探測器“Rosetta

Spacecraft”項目和地球環(huán)境遙感衛(wèi)星“Cryosat”項目等。


SpaceWire采用點到點連接的結(jié)構(gòu)，在同一網(wǎng)絡(luò)中可以同時使用多條總線，其網(wǎng)絡(luò)拓撲具有很高的自由度。SpaceWire得到較廣泛的應(yīng)用不僅是由于它是一種簡單、可靠、低功耗數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，另外他也采用了符合當前數(shù)據(jù)傳輸發(fā)展方向的包交換技術(shù)。相比與CSMA/CD以太網(wǎng)、IEEE1394等總線型數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中數(shù)據(jù)速率不可能超過連接性能的情況，其優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的增加不會導(dǎo)致節(jié)點可用帶寬的降低，為系統(tǒng)的擴展提供了充分的余地。


SpaeceWire網(wǎng)絡(luò)是一種正在不斷發(fā)展、完善中的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，新的補充協(xié)議加入到協(xié)議簇中，新的應(yīng)用產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)。這種采用交換機制的高速串行全雙工技術(shù)為載荷數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)向低功耗、可靠、可重用新結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了有效的手段。


5.

中高速數(shù)據(jù)總線對比


各種總線的對比分析如下表所示，盡管IEEE1394目前還沒有被廣泛應(yīng)用，但是其在數(shù)字成像領(lǐng)域內(nèi)的重要作用已經(jīng)為世人所關(guān)注；FDDI和LTPB總線不但都實現(xiàn)了高速化和光纖化，而且是完全的分布式控制模式，且FDDI技術(shù)已得到商業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用與驗證，較LTPB技術(shù)風險小、投資少、研制周期短，但100Mbps的傳輸速率也越來越不能滿足更高速的數(shù)據(jù)傳輸；從歐美對這些高速總線的應(yīng)用與研究情況來看，航天領(lǐng)域尤其深空探測領(lǐng)域使用較多的高速總線是SpaceWire總線，但傳輸距離較短，最大只有10米。



6.

結(jié)語


航空航天電子系統(tǒng)選用數(shù)據(jù)總線的基礎(chǔ)是該總線標準是否滿足系統(tǒng)的通信速率、可靠性、抗干擾、兼容性、可擴展等要求。本期詳細介紹了IEEE1394、FDDI、LDPB、SpaceWire等部分高速航空航天數(shù)據(jù)總線，并對所介紹中高速數(shù)據(jù)總線進行了對比分析。高速航空航天數(shù)據(jù)總線技術(shù)是滿足未來航空航天任務(wù)需求的重要技術(shù)手段。