航空電子系統(tǒng)的幾種數(shù)據(jù)總線應(yīng)用評述

　　70年代以來,隨著微電子、計算機、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年美國專門制定了軍用1553系列標準和ARINC系列標準,使數(shù)據(jù)總線更加規(guī)范化。目前自動化程度較高的軍、民用飛機,如F-16、F-117、幻影2000、空中客機A340等都采用了總線技術(shù)。數(shù)據(jù)總線技術(shù)在我國航空電子系統(tǒng)設(shè)計中已有十幾年的設(shè)計和使用經(jīng)驗,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)用等幾方面進行討論和闡述。

1　總線的構(gòu)成
　　一旦設(shè)計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,它對系統(tǒng)性能具有重要影響?？偩€可以是單向的,也可以是雙向的。最常用的單向總線設(shè)計的依據(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飛機內(nèi)部時分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”規(guī)定：總線要有一個中央總線控制器。線性的雙向總線布局設(shè)計最常用。設(shè)計時,要注意采用特別的預(yù)防措施,否則容易產(chǎn)生單點失效（可運用故障樹分析技術(shù)檢查）;網(wǎng)狀布局可用于通用的先進容錯系統(tǒng),優(yōu)點是：利用節(jié)點控制器來斷開失效或破壞的網(wǎng)段,可成功地實現(xiàn)容錯,其他無損壞的網(wǎng)段上,按規(guī)定路線發(fā)送信號,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。遠程終端(RT)是1553B總線系統(tǒng)中數(shù)量最多的部件,事實上,在一個給定的總線上最多可達31個遠程終端。遠程終端僅對它們特定尋址詢問的那些有效指令或有效廣播（所有RT同時被尋訪）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)男盘柺且源袛?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的遠程終端作出特定、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,無法檢測其錯誤和失效情況。
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個接收器。其通信的三個狀態(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,其位寬取決于總線的工作速率。低速時位寬為（70～80）±2.5%μs,高速時位寬為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。對于每一個字的同步,可通過檢測每個字第1位的躍變來實現(xiàn)。在連續(xù)傳輸?shù)淖峙c字之間至少有4個位時的時間間隔。其數(shù)字信號格式如圖1所示。

　　工業(yè)標準數(shù)據(jù)總線（CSDB）是一個二進制的二種狀態(tài)的波形,如圖2所示?？偩€由雙絞屏蔽線組成,該線的阻抗符合美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）RS-422A標準要求。

ARINC6路總線（561,568,582）是一個二進制、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)、字同步和時鐘信號傳送,串行數(shù)據(jù)被編成二進制編碼數(shù)據(jù)（BCD）和二進制數(shù)據(jù),前8位用作地址,后24位用作數(shù)據(jù)。時鐘信號為一個11±3.5kHz矩形波信號,上升和衰減時間在2～6μs范圍之內(nèi)。

注：①為示波器所看見的波形;?、跒榘从行坏拇涡蝻@示的波形;
③31,32位為00時,非測試有效;10時,測試有效;01時,無效;11時,未規(guī)定。
圖3　典型ARINC6路串行字波形