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
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本文將針對(duì)IEEE1394、FDDI、LDPB及SpaceWire等部分中高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1.
IEEE1394總線
IEEE1394是由IEEE制定的一種高性能串行總線標(biāo)準(zhǔn)，又名火線(FireWire)。IEEE
1394協(xié)議分為1394a、1394b等，其中1394b可支持高達(dá)3.2
Gbps傳輸速率，并支持光纖傳輸。IEEE1394作為商用總線，近年來(lái)發(fā)展迅速，不僅在工業(yè)和測(cè)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(jì)算能力強(qiáng)、吞吐量大、可靠性高、易于擴(kuò)展、維護(hù)方便、且支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、廣播通信及支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，為多模態(tài)傳感系統(tǒng)、在線實(shí)時(shí)檢測(cè)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(duì)于提高武器系統(tǒng)打擊精度、機(jī)動(dòng)性和快速性具有重要意義。IEEE1394b已經(jīng)使用在軍用飛機(jī)上，并作為F22猛禽戰(zhàn)機(jī)上的視頻總線，同時(shí)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(guó)海軍研究中心提出,由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）于1989年制定的一種用于高速局域網(wǎng)的MAC標(biāo)準(zhǔn)。FDDI是一種按令牌協(xié)議傳輸信息、實(shí)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€(gè)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(duì)總線上每個(gè)終端都給定一個(gè)握有令牌的時(shí)間期,在終端握有令牌的時(shí)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(dá)100Mbps，F(xiàn)DDI具有傳輸速率高、傳輸距離長(zhǎng)、覆蓋范圍大、可靠性高、安全性高、支持可動(dòng)態(tài)分布傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，因此在上世紀(jì)90年代作為先進(jìn)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(bào)指揮系統(tǒng)（C3I）的海軍第三代ZKJ-7上，并且還應(yīng)用于國(guó)際空間站中。
3.
LTPB總線技術(shù)
LTPB(LinearToken
Passing
Bus)是由國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)（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(gè)終端，消息最大長(zhǎng)度為4096個(gè)字。從物理上看，LTPB是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，易于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上信息的傳送及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，從邏輯上看，它按站點(diǎn)地址遞增順序形成環(huán)型拓?fù)?/strong>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(shí)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(qiáng)的抗電磁干擾能力，其傳輸總線為廣播式總線。
LTPB對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為SAE
AS4074.1，應(yīng)用于RAH-66、F-22“猛禽”第4代戰(zhàn)斗機(jī)中。
4.
SpaceWire總線
SpaceWire是歐洲航天局開(kāi)發(fā)的一種高速、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、全雙工的串行總線網(wǎng)絡(luò)，以IEEE1355-1995
和LVDS
兩個(gè)商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)，同時(shí)考慮了空間應(yīng)用的特點(diǎn)，在故障檢測(cè)與時(shí)間確定性方面做了加強(qiáng)。SpaceWire最高速度可以達(dá)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(cè)器“Mars
Express”項(xiàng)目、彗星探測(cè)器“Rosetta
Spacecraft”項(xiàng)目和地球環(huán)境遙感衛(wèi)星“Cryosat”項(xiàng)目等。
SpaceWire采用點(diǎn)到點(diǎn)連接的結(jié)構(gòu)，在同一網(wǎng)絡(luò)中可以同時(shí)使用多條總線，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂泻芨叩淖杂啥取paceWire得到較廣泛的應(yīng)用不僅是由于它是一種簡(jiǎn)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(dāng)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(guò)連接性能的情況，其優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的增加不會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)可用帶寬的降低，為系統(tǒng)的擴(kuò)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(bǔ)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(jī)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(duì)比
各種總線的對(duì)比分析如下表所示，盡管IEEE1394目前還沒(méi)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(shí)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(yàn)證，較LTPB技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小、投資少、研制周期短，但100Mbps的傳輸速率也越來(lái)越不能滿足更高速的數(shù)據(jù)傳輸；從歐美對(duì)這些高速總線的應(yīng)用與研究情況來(lái)看，航天領(lǐng)域尤其深空探測(cè)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(yǔ)
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(biāo)準(zhǔn)是否滿足系統(tǒng)的通信速率、可靠性、抗干擾、兼容性、可擴(kuò)展等要求。本期詳細(xì)介紹了IEEE1394、FDDI、LDPB、SpaceWire等部分高速航空航天數(shù)據(jù)總線，并對(duì)所介紹中高速數(shù)據(jù)總線進(jìn)行了對(duì)比分析。高速航空航天數(shù)據(jù)總線技術(shù)是滿足未來(lái)航空航天任務(wù)需求的重要技術(shù)手段。
評(píng)論