航空電子系統幾種主要數據總線(xiàn)應用特性分析

70年代以來(lái)，隨著(zhù)微電子、計算機、控制論的發(fā)展，使得航空電子系統的發(fā)展更為迅速。1980年美國專(zhuān)門(mén)制定了軍用1553系列標準和ARINC系列標準，使數據總線(xiàn)更加規范化。目前自動(dòng)化程度較高的軍、民用飛機，如 F-16、F-117、幻影2000、空中客機A340等都采用了總線(xiàn)技術(shù)。數據總線(xiàn)技術(shù)在我國航空電子系統設計中已有十幾年的設計和使用經(jīng)驗，本文就常用的MIL-STD-1553B、ARINC429、CSDB、ARINC6路總線(xiàn)（561、568、582）和ARINC629總線(xiàn)從構成、特性以及應用等幾方面進(jìn)行討論和闡述。

　　1　總線(xiàn)的構成

　　一旦設計者確定了基本的飛電系統結構后，最重要的是總線(xiàn)布局，它對系統性能具有重要影響?？偩€(xiàn)可以是單向的，也可以是雙向的。最常用的單向總線(xiàn)設計的依據是“ARINC429規范MARK33數字式信息傳輸系統”。雙向總線(xiàn)布局基本上有三種形式：線(xiàn)性的、網(wǎng)狀的、星形的。通常根據“MIL-STD-1553B飛機內部時(shí)分制指令/響應式多路傳輸數據總線(xiàn)”規定：總線(xiàn)要有一個(gè)中央總線(xiàn)控制器。線(xiàn)性的雙向總線(xiàn)布局設計最常用。設計時(shí)，要注意采用特別的預防措施，否則容易產(chǎn)生單點(diǎn)失效（可運用故障樹(shù)分析技術(shù)檢查）；網(wǎng)狀布局可用于通用的先進(jìn)容錯系統，優(yōu)點(diǎn)是：利用節點(diǎn)控制器來(lái)斷開(kāi)失效或破壞的網(wǎng)段，可成功地實(shí)現容錯，其他無(wú)損壞的網(wǎng)段上，按規定路線(xiàn)發(fā)送信號，系統的全部功能可重構；星狀結構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(xiàn)的特性分析

　　2.1　1553B總線(xiàn)特性分析

　　1553B總線(xiàn)為總線(xiàn)控制器和所有有關(guān)的遠程終端之間提供了一條單一數據通路，包含雙絞屏蔽電纜、隔離電阻、變壓器等所有硬件。遠程終端（RT）是 1553B總線(xiàn)系統中數量最多的部件，事實(shí)上，在一個(gè)給定的總線(xiàn)上最多可達31個(gè)遠程終端。遠程終端僅對它們特定尋址詢(xún)問(wèn)的那些有效指令或有效廣播（所有 RT同時(shí)被尋訪(fǎng)）指令才作出響應。它可以與它所服務(wù)的分系統分開(kāi)，也可嵌入分系統內。1553B總線(xiàn)的第二個(gè)特性是位優(yōu)先權。它首先發(fā)送數據字中的最高位，接著(zhù)按數值遞減的次序發(fā)送較低有效位。第三是傳輸方法，數據總線(xiàn)傳輸的信號是以串行數字脈沖碼的調制形式，而且規定允許有10種消息格式，即“信息傳輸格式”。前6種格式都在總線(xiàn)控制器的直接控制下才能被執行，且這6種格式都要求正被訪(fǎng)問(wèn)的遠程終端作出特定、唯一的響應。后4種是廣播格式，這些格式在接收消息的終端不需確認其接收的情況下，允許某一終端把消息發(fā)送至總線(xiàn)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標準卻強烈奉勸人們別使用它的這種能力，這是因為終端對其所接收的消息，無(wú)法檢測其錯誤和失效情況。

　　2.2　ARINC及CSDB數據總線(xiàn)特性分析

　　ARINC429數據總線(xiàn)是一條單向傳輸總線(xiàn)，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，采用帶有奇偶校驗的32位消息字。信號波形為雙向歸零碼，其位寬取決于總線(xiàn)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(xiàn)用于一般用途的、非關(guān)鍵性的應用場(chǎng)合；高速總線(xiàn)則用于傳輸的數據量比較大或那些至關(guān)重要的飛行信息。數據的前8位用于地址，后24位用于數據。例如，美國的一種電子飛行儀表系統，它的數據大約按每秒19，9.5和2.4倍速度更新。對于每一個(gè)字的同步，可通過(guò)檢測每個(gè)字第1位的躍變來(lái)實(shí)現。在連續傳輸的字與字之間至少有4個(gè)位時(shí)的時(shí)間間隔。

　　工業(yè)標準數據總線(xiàn)（CSDB）是一個(gè)二進(jìn)制的二種狀態(tài)的波形?？偩€(xiàn)由雙絞屏蔽線(xiàn)組成，該線(xiàn)的阻抗符合美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )（EIA）RS-422A標準要求。

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

　　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;

　?、?1，32位為00時(shí)，非測試有效；10時(shí)，測試有效；01時(shí)，無(wú)效；11時(shí)，未規定。

　　ARINC629數據總線(xiàn)像ARINC429一樣是無(wú)主機的廣播式數據總線(xiàn)，按照載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/碰撞檢測（CSMA/CD）的規約來(lái)進(jìn)行工作。