尚洋

【摘 要】日趨復(fù)雜的航空電子系統(tǒng)對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)總線提出了更高的要求。本文對(duì)ARINC429總線和ARINC 664總線進(jìn)行了簡介，并對(duì)ARINC429總線和ARINC 664總線進(jìn)行了權(quán)衡，最終得出：針對(duì)新研制的飛機(jī)，建議選用ARINC 664總線。

【關(guān)鍵詞】機(jī)載數(shù)據(jù)總線；ARINC429；ARINC664

0 引言

機(jī)載數(shù)據(jù)總線技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在航空電子底層的具體實(shí)現(xiàn)，決定著飛機(jī)性能和航電系統(tǒng)綜合化程度的高低，對(duì)現(xiàn)代民用飛機(jī)航電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用[1]。在航空領(lǐng)域廣泛使用的ARINC429總線，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，抗干擾性強(qiáng)可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[2]，但其帶寬低，不能滿足日趨復(fù)雜的航空電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。

現(xiàn)代民用飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的復(fù)雜性及數(shù)量不斷增加，對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)總線提出了更高的要求，為此，空客公司在商業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上建立了新一代的機(jī)載數(shù)據(jù)總線ARINC 664。

ARINC 664總線是伴隨空客A380飛機(jī)的研制而發(fā)展起來的，ARINC 664 網(wǎng)絡(luò)是一種雙余度網(wǎng)絡(luò)，其傳輸速度和性能都有了很大的提高[3]。

1 ARINC429總線和ARINC 664總線簡介

1.1 ARINC 429總線簡介

ARINC429總線協(xié)議是由美國航空無線電公司制定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范?，F(xiàn)今許多的商用飛機(jī)使用的是 ARINC429總線標(biāo)準(zhǔn)。此總線標(biāo)準(zhǔn)自1977年發(fā)展至今已得到了廣泛的運(yùn)用，已被證明在要求嚴(yán)格安全的應(yīng)用中是非?？煽康摹＿@種數(shù)據(jù)總線拓?fù)涑霈F(xiàn)在波音公司、空客公司以及龐巴迪宇航許多的商用飛機(jī)上，例如 B737、B747、A330、A340、CS100、CS300 等。

ARINC 429數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)規(guī)定采用單工通信方式，從一個(gè)發(fā)送器到各個(gè)接收器的數(shù)據(jù)流是單向、不可逆的。如果要求兩個(gè)方向都能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則每一數(shù)據(jù)流方向都要用一根獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)從一個(gè)信息源經(jīng)由雙絞屏蔽線電纜傳至各數(shù)據(jù)接收器。ARINC429的通信速度有兩種：高速的100Kbps和低速的12.5Kbps[4]。

1.2 ARINC 664總線簡介

ARINC 664網(wǎng)絡(luò)是由工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（IEEE802.3）經(jīng)過適用性改進(jìn)形成的具有高可靠性的確定性網(wǎng)絡(luò)。ARINC 664網(wǎng)絡(luò)在傳統(tǒng)以太網(wǎng)高傳輸速率的基礎(chǔ)上，增加了確定性定時(shí)機(jī)制和可靠的信息傳輸機(jī)制。ARINC 664網(wǎng)絡(luò)既能夠?qū)崿F(xiàn)航空電子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的要求，也滿足高實(shí)時(shí)性、高可靠性的要求。

ARINC 664網(wǎng)絡(luò)在構(gòu)架上與以太網(wǎng)類似，采用端系統(tǒng)和交換機(jī)構(gòu)成星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[5]。同時(shí)，通過交換機(jī)之間級(jí)聯(lián)，可以將一個(gè)交換機(jī)橋接到其他交換機(jī)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的星形拓?fù)?，從而拓展ARINC 664網(wǎng)絡(luò)。

ARINC 664網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖1所示，ARINC 664網(wǎng)絡(luò)主要包括ARINC 664交換機(jī)和ARINC 664端系統(tǒng)兩個(gè)部分。

ARINC 664交換機(jī)是ARINC 664網(wǎng)絡(luò)通信的神經(jīng)中樞，可以為ARINC 664網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)端系統(tǒng)提供交換通路以及實(shí)現(xiàn)幀轉(zhuǎn)發(fā)功能。與商業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)不同的是：ARINC 664交換機(jī)集成了傳輸數(shù)據(jù)幀的檢測、過濾與管制功能，采用了靜態(tài)路由配置表的方式進(jìn)行目的端口尋址，以控制端口的尋址時(shí)間。

ARINC 664端系統(tǒng)是飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)備與ARINC 664網(wǎng)絡(luò)之間的接口部件。ARINC 664端系統(tǒng)嵌入在每個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)設(shè)備中，為各子系統(tǒng)和ARINC 664網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸接口，將各子系統(tǒng)與ARINC 664網(wǎng)絡(luò)連接起來，具有數(shù)據(jù)封裝、解封裝、流量整形、虛擬鏈路調(diào)節(jié)、多路調(diào)度、完整性檢查和冗余管理等功能，保證了ARINC 664網(wǎng)絡(luò)上各子系統(tǒng)之間安全、可靠的數(shù)據(jù)交換。

ARINC 664網(wǎng)絡(luò)每兩個(gè)端系統(tǒng)之間通過兩個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信（即冗余策略），以此來增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ鐖D2所示，ARINC 664網(wǎng)絡(luò)中，針對(duì)每條虛擬鏈路都有兩條獨(dú)立的物理路徑，這兩條物理路徑由相互獨(dú)立的物理接口、物理鏈路和交換機(jī)構(gòu)成，當(dāng)其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，兩個(gè)短系統(tǒng)之間仍能夠正常通訊，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖2 ARINC 664網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模型

2 權(quán)衡研究

以下從傳輸速度、重量、可擴(kuò)展性、可靠性等幾個(gè)方面對(duì)ARINC429總線和ARINC 664總線進(jìn)行權(quán)衡分析。

a）傳輸速度

現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)的復(fù)雜性越來越高，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來越大，對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)總線的帶寬要求更高，ARINC 664總線的傳輸速度為100 Mbps，ARINC429總線的傳輸速度為100Kbps，因此ARINC 664總線能夠更好的滿足新一代民用飛機(jī)航電系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/p>

b）重量

ARINC429總線是采用單向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式進(jìn)行通信，如果要求兩個(gè)設(shè)備之間能夠相互發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，則這兩個(gè)設(shè)備之間需要兩根數(shù)據(jù)總線分別用于發(fā)送和接收，與ARINC 664總線的全雙工傳輸方式相比，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)需要大量的布線，因此增加了機(jī)身的重量。

c）可擴(kuò)展性

ARINC429總線是通過直接將發(fā)送端與接收端連接起來傳輸數(shù)據(jù)，如果需要新增設(shè)備與原有設(shè)備相連，則原有設(shè)備需要新增硬件接口并且更改軟件。

ARINC 664 網(wǎng)絡(luò)采用端系統(tǒng)和交換機(jī)構(gòu)成星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，交換機(jī)之間可以級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)交換機(jī)橋接到其他交換機(jī)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的星形拓?fù)?，達(dá)到ARINC 664網(wǎng)絡(luò)拓展的目的，如果新增設(shè)備，不會(huì)引起原有設(shè)備軟硬件的更改，因此ARINC 664 網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。

d）可靠性

經(jīng)評(píng)估，ARINC429總線和ARINC 664總線都有很高的可靠性。

e）維護(hù)性

ARINC 664支持與Internet的通信連接，使得航空電子系統(tǒng)與地面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接更為簡單。

3 結(jié)論

ARINC 664總線相比ARINC429總線具有傳輸速度高、可減輕布線重量、可擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)于新研制的民用飛機(jī)，建議選用ARINC 664總線。

【參考文獻(xiàn)】

[1]石改輝，張?jiān)?，李達(dá).全雙工交換式以太網(wǎng)研究[J].信息安全與通信保密，2007（5）：51-55.

[2]張志，翟正軍，姚方圓.基于FPGA的ARINC 664端系統(tǒng)協(xié)議芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2010（2）：422-442.

[3]趙國斌.航空電子全雙工交換式以太網(wǎng)分析[J].中國制造業(yè)信息化，2011（21）：61-63.

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[5]姜麗云.ARINC 664網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2013.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint