房海濤

上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 200436

總線技術(shù)在民用飛機(jī)上的應(yīng)用研究

房海濤

上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 200436

隨著飛行器電子系統(tǒng)綜合程度的不斷提高，系統(tǒng)功能和設(shè)備數(shù)量的不斷增強(qiáng)和擴(kuò)大，各組織先后提出一系列的數(shù)據(jù)總線規(guī)范。總線技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為民用飛機(jī)最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。本文首先介紹幾種典型的機(jī)載數(shù)據(jù)總線，然后綜述了總線技術(shù)在機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)通訊和數(shù)采測試系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后展望下一代民機(jī)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢。

.民用飛機(jī)；機(jī)載總線；數(shù)采系統(tǒng)

0 引言

從波音737到空客380和波音787，民用飛機(jī)電子系統(tǒng)的綜合程度已經(jīng)逐步達(dá)到一個(gè)前所未有的水平。而數(shù)據(jù)總線已成為實(shí)現(xiàn)機(jī)載電子設(shè)備信息綜合、功能綜合的關(guān)鍵所在。數(shù)據(jù)總線作為航空電子綜合系統(tǒng)不可分割的組成部分，已滲透溶合于整個(gè)系統(tǒng)之中。數(shù)據(jù)總線性能的好壞直接影響到整個(gè)綜合程度的高低和系統(tǒng)綜合能力的優(yōu)劣[1]。

民用飛機(jī)總線技術(shù)的目的是實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的模塊設(shè)備之間的交聯(lián)，使其達(dá)到信息和資源的共享，信號(hào)和數(shù)據(jù)的交換。其主要特點(diǎn)是：滿足飛機(jī)各系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通道的高帶寬、高實(shí)時(shí)性、高可靠性的要求。

1 總線介紹

1.1 CSDB總線

CSDB總線是由羅克韋爾柯林斯制定的航空電子設(shè)備間互連的單向廣播式異步串行總線標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備之間的互聯(lián)通信。

CSDB可以構(gòu)成單信源、多接收器的傳輸系統(tǒng)，總線數(shù)據(jù)采用全雙工差分方式傳輸，信號(hào)的數(shù)據(jù)格式為異步串行通信格式。CSDB總線傳輸波特率為12.5Kb/s。

1.2 ARINC429總線

ARINC429總線協(xié)議是美國航空電子工程委員會(huì)于1977年7月提出的。協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航空電子設(shè)備及有關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸要求。ARINC429廣泛應(yīng)用在先進(jìn)的民用飛機(jī)中，如B-737、B757、B-767。

ARINC429總線結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)。最大的優(yōu)勢在于可靠性高，這是由于非集中控制、傳輸可靠、錯(cuò)誤隔離性好。ARINC429特點(diǎn)是：1）單向傳輸，在兩個(gè)通信設(shè)備間需要雙向傳輸時(shí)，則每個(gè)方向上各用一個(gè)獨(dú)立的傳輸總線，信息分發(fā)的任務(wù)和風(fēng)險(xiǎn)不再集中；2）驅(qū)動(dòng)能力：每條總線上可以連接不超過20個(gè)的接收器。由于設(shè)備較少，信息傳遞有充裕的時(shí)間保證；3）傳輸速率：分高低兩檔，高速工作狀態(tài)的位速率為100Kb/s。系統(tǒng)低速工作狀態(tài)的位速率應(yīng)用在12Kb/s～14.5Kb/s范圍內(nèi)。選定內(nèi)容后的位速率其誤差范圍應(yīng)在1%之內(nèi)。高速率和低速率不能在同一條傳輸總線上傳輸；4）同步方式：傳輸?shù)幕締挝皇亲?，字同步是以傳輸同期間至少4位的零電平時(shí)間間隔為基準(zhǔn)，緊跟該字間隔后要發(fā)送的第一位的起點(diǎn)即為新字的起點(diǎn)。

1.3 ARINC629總線

ARINC629總線由波音公司于1977年開始開發(fā)，10年后被確立為航空電子工業(yè)數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)。由于它具有能靈活配置且靈活發(fā)送和接收的特性，被波音公司應(yīng)用在B777上。

ARINC629標(biāo)準(zhǔn)定義了一套完整的數(shù)字通信協(xié)議，它有一條線性總線和并行連接在總線上的多個(gè)子系統(tǒng)組成。ARINC629總線為線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其傳輸速率為2MB/S，在總線上連接的每個(gè)子系統(tǒng)都是通過其內(nèi)部的一個(gè)能夠完成系統(tǒng)連接的終端耦合器耦合到數(shù)據(jù)總線上，子系統(tǒng)間的傳送和接收必須遵循同一個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。ARINC629總線通訊采用全雙工模式，既允許系統(tǒng)進(jìn)行廣播式通訊，也允許子系統(tǒng)之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。

與ARINC429相比，ARINC629最大的優(yōu)點(diǎn)在于它支持多端全雙工通信，且不需要專門的總線控制器來控制傳輸，總線上的每一個(gè)終端同時(shí)具備發(fā)送和接收功能，對(duì)總線的訪問控制是由所有參與傳輸?shù)慕K端完成，通過初始化配置可決定每個(gè)終端的傳輸順序。圖1給出這兩種總線的結(jié)構(gòu)體系。

圖1 總線結(jié)構(gòu)體系

2 總線應(yīng)用

2.1 機(jī)載設(shè)備互聯(lián)

綜合化航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，系統(tǒng)共享綜合處理器，并通過高速數(shù)據(jù)傳輸總線將航空電子系統(tǒng)，包括航電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、起落架系統(tǒng)、中央維護(hù)管理、顯示監(jiān)控管理等互聯(lián)成一個(gè)綜合的網(wǎng)絡(luò)。

由于民機(jī)的復(fù)雜性，各個(gè)系統(tǒng)之間必然會(huì)有交聯(lián)?？偩€技術(shù)就可應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備之間的互聯(lián)，通過統(tǒng)一的總線接口傳輸數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)容錯(cuò)、重構(gòu)和信息共享。并且，數(shù)字總線傳輸具有較高的帶寬，較小的重量和體積，更好的電隔離性，大大的提高了抗電磁干擾能力，同時(shí)也加強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳遞的保密性。所以，通過航空數(shù)字總線完成機(jī)載設(shè)備間的信息傳輸及信息共享是目前應(yīng)用最為普及的技術(shù)。

隨著光電技術(shù)和電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新的總線標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)制定，以適應(yīng)民用飛機(jī)的發(fā)展需要。例如B787采用了體積更小，以及更實(shí)時(shí)、高效、安全和可靠的通信網(wǎng)絡(luò)-航空以太網(wǎng)，全機(jī)的機(jī)載設(shè)備通過虛擬網(wǎng)絡(luò)的互相聯(lián)接，可不受物理位置的限制，達(dá)到更高層次的全機(jī)資源共享[2]。

2.2 數(shù)采測試系統(tǒng)

為了使民機(jī)機(jī)載系統(tǒng)的維護(hù)和檢修更具便捷性和通用性，能與機(jī)載總線接口設(shè)備通訊的民機(jī)數(shù)據(jù)采集和測試系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，它可以綜合當(dāng)前民機(jī)上主要采用的CSDB、ARINC429和629等數(shù)字式航空數(shù)據(jù)總線規(guī)范的接口，靈活方便地應(yīng)用于機(jī)載設(shè)備檢測、裝機(jī)交聯(lián)試驗(yàn)當(dāng)中。

3 結(jié)論

本文介紹的3種典型總線，目前得到了國際民航領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可，并成功的應(yīng)用于國外大型民用飛機(jī)。但隨著航空電子系統(tǒng)的日趨復(fù)雜和綜合，大數(shù)據(jù)量的傳輸，多設(shè)備分布式處理能力等更深層次的需求。因此，對(duì)總線技術(shù)的帶寬、實(shí)時(shí)性和傳輸機(jī)制等方面提出了更高的要求。

機(jī)載總線技術(shù)將會(huì)從傳統(tǒng)低速總線逐漸向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)發(fā)展。例如光纖通道、可變規(guī)?；ミB接口、全雙工交換式以太網(wǎng)等高速綜合化網(wǎng)絡(luò)[3]已在某些新機(jī)型中應(yīng)用。我們將拭目以待，這些先進(jìn)的總線互聯(lián)技術(shù)能更加開放、并大范圍推廣，從而帶動(dòng)整個(gè)民用飛機(jī)總線技術(shù)的革命性轉(zhuǎn)變。

[1]袁梅，曲方偉.民用機(jī)載航空總線發(fā)展概述[C].中國航空學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2007.

[2]MCHALE,.AFDX.technology.to.improve.communications.on.Boeing787[J]，2008.

[3]周強(qiáng)，熊華鋼.新一代民機(jī)航空電子互連技術(shù)發(fā)展[J].航空學(xué)報(bào)，2009，16(4).

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