民用機(jī)載航空總線發(fā)展概述

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1、中國航空學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會機(jī)載、航電專題33民用機(jī)載航空總線發(fā)展概述袁梅曲方偉北京航空航天大學(xué)自動化科學(xué)與電氣工程學(xué)院檢測系北京100083摘要機(jī)載數(shù)據(jù)總線則是航空電子最為關(guān)鍵的核心技術(shù)之一，歷次航電系統(tǒng)的升級都是以所采用的總線技術(shù)的革新為依據(jù)。本文首先回顧了較為著名的民用航空電子總線ARINC429、ARINC629的特點(diǎn)及應(yīng)用狀況，然后綜述了光纖通道（FC）、可擴(kuò)展一致性接口（SCI）、航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)（AFDX）等具有代表性的新一代民用航空電子系統(tǒng)互連技術(shù)，說明它們的特性、目前的研究現(xiàn)狀和尚待解決的問題。關(guān)鍵詞大型客機(jī)總線FCSCIAFDX隨著微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和

2、微波技術(shù)的廣泛應(yīng)用，航空電子技術(shù)正在向智能化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、綜合化等方向深層次快速發(fā)展。而在飛機(jī)氣動外形設(shè)計(jì)日趨穩(wěn)定的今天，航空電子系統(tǒng)的[1]綜合性能決定了飛機(jī)整體性能的高低。一個(gè)綜合的航空電于系統(tǒng)，在各分系統(tǒng)之間有著大量的信息需要交換。各分系統(tǒng)通過各自的接口與總線交連，實(shí)現(xiàn)資源共享以滿足高速通信的要求，形成一個(gè)一定層次結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。航空總線技術(shù)的目的正是實(shí)現(xiàn)航空電子各子系統(tǒng)之間、通用處理模塊之間的資源共享、減輕互聯(lián)介質(zhì)的重量、降低復(fù)雜性，支持系統(tǒng)過程控制和狀態(tài)管理。未來的航空電子系統(tǒng)需要高帶寬、更高可靠性的數(shù)據(jù)通道，以滿足航電系統(tǒng)實(shí)時(shí)性與可靠性的要求。機(jī)載高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)實(shí)時(shí)性

3、的需求必然要求互聯(lián)鏈路具備以下技術(shù)特點(diǎn)：1)高帶寬、低延遲特性；2)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議能夠保證消息傳輸延遲的確定性；3)數(shù)據(jù)包大小應(yīng)在首先滿足控制命令和狀態(tài)等短信息的前提下，滿足冗長消息的傳輸。機(jī)載高速數(shù)據(jù)總線技術(shù)的可靠性需求要求互聯(lián)鏈路具備；1)單一鏈路上的檢錯和糾錯能力；2)鏈路的冗余鏈接；3)總線系統(tǒng)的故障節(jié)點(diǎn)識別、隔離和系統(tǒng)重構(gòu)能力。從航電系統(tǒng)的發(fā)展歷程可以看出，歷次航電系統(tǒng)的升級都是以所采用的總線技術(shù)的革新為依據(jù)。機(jī)載數(shù)據(jù)總線則是航空電子最為關(guān)鍵的核心技術(shù)之一。ARINC429、ARINC629是上世紀(jì)在大型民用客機(jī)領(lǐng)域最為重要的航總線，曾經(jīng)以其優(yōu)異的性能在大型民用客機(jī)領(lǐng)域占據(jù)了統(tǒng)

4、治地位。但是隨著航空電子技術(shù)正在向智能化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、綜合化等方向深層次快速發(fā)展，以光纖通道FC（(FiberChannel）、可擴(kuò)展一致性接口SCI（ScalableCoherentIntefrace）、航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)AFDX（AvionicsFul1DuplexSwitchedEthernet）為代表的新一代民用航空電子系統(tǒng)互連技術(shù)已經(jīng)崛起，將最終取代ARINC429、ARINC629系列總線。1ARINC429ARINC429是美國各航空電子設(shè)備制造商、定期航班航空公司、飛機(jī)制造商以及其他一些國家的航空公司聯(lián)合成立的航空無線電公司(ARINC)為統(tǒng)一航空電子設(shè)備的技

5、術(shù)指標(biāo)、電器性能、外形1中國航空學(xué)會2007年學(xué)術(shù)年會機(jī)載、航電專題33和接插件規(guī)范而制訂的新型航空總線標(biāo)準(zhǔn)。成為上世紀(jì)在民航客機(jī)領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的一種航空電子總線，它將飛機(jī)的各系統(tǒng)間或系統(tǒng)與設(shè)備間通過雙絞線互連起來，構(gòu)成了各系統(tǒng)間或系統(tǒng)與設(shè)備間[2]數(shù)字信息傳輸?shù)闹饕窂剑M成了飛機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。ARINC429數(shù)據(jù)總線是一種單向傳輸總線，數(shù)據(jù)流只能從發(fā)送器向接收器傳遞，采用異步通信方式，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。每個(gè)數(shù)據(jù)字被分為5組，即：標(biāo)志碼(label)，第1~8位；源/目的識別碼(SDI)，第9~10位；數(shù)據(jù)區(qū)(data)，第

6、11~29位；符號狀態(tài)位(SSM)，第30~31位；奇偶校驗(yàn)位(pari-ty)，第32位。一個(gè)數(shù)據(jù)字傳輸一個(gè)參數(shù)，如經(jīng)度、緯度等，兩個(gè)數(shù)據(jù)字之間有4位間隔，這個(gè)間隔作為字同步。信號波形為雙向歸零碼，其位寬取決于總線的工作速率。ARINC429規(guī)定數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)奈凰俾蕿?00kb/s±1%，低速傳輸?shù)奈凰俾蕿?2.5kb/s±1%。低速時(shí)位寬約為(70~80)us，高速時(shí)位寬為10us。低速總線用于一般用途的、非關(guān)鍵性的應(yīng)用場合，高[3]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。ARINC429數(shù)字信息傳輸規(guī)范為在航空電子設(shè)備之間傳輸數(shù)字信息制定了標(biāo)準(zhǔn)。目前，大多數(shù)飛機(jī)上數(shù)

7、字信息的傳輸采用了此標(biāo)準(zhǔn)，如全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS(inertialguidancesystem)、電子式飛行儀表EFIS(ElectronicFlightInstrumentSystem)等。由于ARINC429具有接口方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠的特點(diǎn)，很快成為商務(wù)運(yùn)輸航空領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的航空電子總線，空中客車公司的A310/A320、A330/A340飛機(jī)，波音公司的72