航空電子系統(tǒng)幾種主要數(shù)據(jù)總線應(yīng)用特性分析

70年代以來(lái)，隨著微電子、計(jì)算機(jī)、控制論的發(fā)展，使得航空電子系統(tǒng)的發(fā)展更為迅速。1980年美國(guó)專門制定了軍用1553系列標(biāo)準(zhǔn)和ARINC系列標(biāo)準(zhǔn)，使數(shù)據(jù)總線更加規(guī)范化。目前自動(dòng)化程度較高的軍、民用飛機(jī)，如 F-16、F-117、幻影2000、空中客機(jī)A340等都采用了總線技術(shù)。數(shù)據(jù)總線技術(shù)在我國(guó)航空電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已有十幾年的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)，本文就常用的MIL-STD-1553B、ARINC429、CSDB、ARINC6路總線（561、568、582）和ARINC629總線從構(gòu)成、特性以及應(yīng)用等幾方面進(jìn)行討論和闡述。

　　1　總線的構(gòu)成

　　一旦設(shè)計(jì)者確定了基本的飛電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，最重要的是總線布局，它對(duì)系統(tǒng)性能具有重要影響。總線可以是單向的，也可以是雙向的。最常用的單向總線設(shè)計(jì)的依據(jù)是“ARINC429規(guī)范MARK33數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)”。雙向總線布局基本上有三種形式：線性的、網(wǎng)狀的、星形的。通常根據(jù)“MIL-STD-1553B飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”規(guī)定：總線要有一個(gè)中央總線控制器。線性的雙向總線布局設(shè)計(jì)最常用。設(shè)計(jì)時(shí)，要注意采用特別的預(yù)防措施，否則容易產(chǎn)生單點(diǎn)失效（可運(yùn)用故障樹分析技術(shù)檢查）；網(wǎng)狀布局可用于通用的先進(jìn)容錯(cuò)系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是：利用節(jié)點(diǎn)控制器來(lái)斷開失效或破壞的網(wǎng)段，可成功地實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，其他無(wú)損壞的網(wǎng)段上，按規(guī)定路線發(fā)送信號(hào)，系統(tǒng)的全部功能可重構(gòu)；星狀結(jié)構(gòu)的布局除具有上述優(yōu)點(diǎn)外，還可明顯地減少耦合損耗，但靈活性較差。

　　2　幾種總線的特性分析

　　2.1　1553B總線特性分析

　　1553B總線為總線控制器和所有有關(guān)的遠(yuǎn)程終端之間提供了一條單一數(shù)據(jù)通路，包含雙絞屏蔽電纜、隔離電阻、變壓器等所有硬件。遠(yuǎn)程終端（RT）是 1553B總線系統(tǒng)中數(shù)量最多的部件，事實(shí)上，在一個(gè)給定的總線上最多可達(dá)31個(gè)遠(yuǎn)程終端。遠(yuǎn)程終端僅對(duì)它們特定尋址詢問(wèn)的那些有效指令或有效廣播（所有 RT同時(shí)被尋訪）指令才作出響應(yīng)。它可以與它所服務(wù)的分系統(tǒng)分開，也可嵌入分系統(tǒng)內(nèi)。1553B總線的第二個(gè)特性是位優(yōu)先權(quán)。它首先發(fā)送數(shù)據(jù)字中的最高位，接著按數(shù)值遞減的次序發(fā)送較低有效位。第三是傳輸方法，數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)男盘?hào)是以串行數(shù)字脈沖碼的調(diào)制形式，而且規(guī)定允許有10種消息格式，即“信息傳輸格式”。前6種格式都在總線控制器的直接控制下才能被執(zhí)行，且這6種格式都要求正被訪問(wèn)的遠(yuǎn)程終端作出特定、唯一的響應(yīng)。后4種是廣播格式，這些格式在接收消息的終端不需確認(rèn)其接收的情況下，允許某一終端把消息發(fā)送至總線上所有有地址的終端。雖然這種工作方式似乎極具吸引力，但1553B標(biāo)準(zhǔn)卻強(qiáng)烈奉勸人們別使用它的這種能力，這是因?yàn)榻K端對(duì)其所接收的消息，無(wú)法檢測(cè)其錯(cuò)誤和失效情況。

　　2.2　ARINC及CSDB數(shù)據(jù)總線特性分析

　　ARINC429數(shù)據(jù)總線是一條單向傳輸總線，但可以有20個(gè)接收器。其通信的三個(gè)狀態(tài)的多路信息流，采用帶有奇偶校驗(yàn)的32位消息字。信號(hào)波形為雙向歸零碼，其位寬取決于總線的工作速率。低速時(shí)位寬為（70～80）±2.5%μs，高速時(shí)位寬為10±2.5%μs。低速總線用于一般用途的、非關(guān)鍵性的應(yīng)用場(chǎng)合；高速總線則用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大或那些至關(guān)重要的飛行信息。數(shù)據(jù)的前8位用于地址，后24位用于數(shù)據(jù)。例如，美國(guó)的一種電子飛行儀表系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)大約按每秒19，9.5和2.4倍速度更新。對(duì)于每一個(gè)字的同步，可通過(guò)檢測(cè)每個(gè)字第1位的躍變來(lái)實(shí)現(xiàn)。在連續(xù)傳輸?shù)淖峙c字之間至少有4個(gè)位時(shí)的時(shí)間間隔。

　　工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線（CSDB）是一個(gè)二進(jìn)制的二種狀態(tài)的波形。總線由雙絞屏蔽線組成，該線的阻抗符合美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）RS-422A標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　ARINC6路總線（561，568，582）是一個(gè)二進(jìn)制、32位具有兩種波形的總線。它的波形格式如圖3所示?？偩€由三股雙絞屏蔽線組成。三條線路分別用于串行數(shù)據(jù)、字同步和時(shí)鐘信號(hào)傳送，串行數(shù)據(jù)被編成二進(jìn)制編碼數(shù)據(jù)（BCD）和二進(jìn)制數(shù)據(jù)，前8位用作地址，后24位用作數(shù)據(jù)。時(shí)鐘信號(hào)為一個(gè)11±3.5kHz矩形波信號(hào)，上升和衰減時(shí)間在2～6μs范圍之內(nèi)。

　　注：①為示波器所看見(jiàn)的波形;?、跒榘从行坏拇涡蝻@示的波形;

　　③31，32位為00時(shí)，非測(cè)試有效；10時(shí)，測(cè)試有效；01時(shí)，無(wú)效；11時(shí)，未規(guī)定。

　　ARINC629數(shù)據(jù)總線像ARINC429一樣是無(wú)主機(jī)的廣播式數(shù)據(jù)總線，按照載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/碰撞檢測(cè)（CSMA/CD）的規(guī)約來(lái)進(jìn)行工作。