淺談航空電子數(shù)據(jù)總線技術

楊 鑫 陳 濤 趙新宇

（1、沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽110136 2、哈爾濱飛機工業(yè)集團有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150066 3、95825 部隊，湖北 孝感432111）

在有效的研究航空電子數(shù)據(jù)總線技術過程中，要結(jié)合新時期技術創(chuàng)新，有效的加強對于相關技術的研究能力，從而才能進一步推動航空電子技術不斷發(fā)展，通過實踐闡述，本文從以下幾方面進行了研究，具體分析如下。

1 航空數(shù)據(jù)總線的概述

所謂機載數(shù)據(jù)總線技術基本是用于機載設備、子系統(tǒng)到模塊間的互相連接，利用機載數(shù)據(jù)總線連成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，使相互間數(shù)據(jù)信息能夠完成傳輸。現(xiàn)在，應用領域已延伸至衛(wèi)星、坦克、艦船等多種機動性的平臺，其實質(zhì)上是網(wǎng)絡互連技術的整體實現(xiàn)。機載數(shù)據(jù)總線技術始于航空電子綜合系統(tǒng)的不斷進步，美軍航空電子系統(tǒng)歷經(jīng)了四個時期：

第一時期的分立式航空電子系統(tǒng)、通信、導航的獨立，早期任務處理時仍然依賴于飛行員的實際判斷。

聯(lián)合式航空電子系統(tǒng)是第二個時期，每一個子系統(tǒng)的功能都是獨立的，不一樣設備之間數(shù)據(jù)的交互性也相對比較少。

第三個時期，綜合式航空電子系統(tǒng)，主要倡導“模塊”理論概念，運用計算機構成信息處理模塊，替代子系統(tǒng)，系統(tǒng)擴展性呈現(xiàn)良好勢態(tài)，功能較為豐富，可以將復雜的問題處理好。

當前是在第四個時期的過渡階段，使用統(tǒng)一的網(wǎng)絡，讓子系統(tǒng)、模塊、處理芯片都能夠?qū)崿F(xiàn)全面性的互聯(lián)，該系統(tǒng)有可以容納錯誤、擴展性強、低延遲的具體特征。

2 航空電子系統(tǒng)體系架構

航空電子系統(tǒng)是由機械和電子系統(tǒng)演變成機械電子和數(shù)字協(xié)同航電系統(tǒng)，促使其成為數(shù)字化航電系統(tǒng)。數(shù)字化航電系統(tǒng)有著兩種架構形式，分別是綜合模塊與分布模塊。

2.1 綜合模塊化航空電子系統(tǒng)

利用軟件來實現(xiàn)各個模塊軟件與硬件之間的整體管理，這就是綜合模塊化航空電子系統(tǒng)。航電系統(tǒng)多數(shù)功能都匯集在獨立機箱設備里。網(wǎng)絡通信與互連的有效性實現(xiàn)，是通過電源、CPU、共享資源模塊、I/O 總線來運作。綜合系統(tǒng)中的硬件部分，在整個模塊體系中較為靈活，既可以根據(jù)實際需要進行拆卸和拼裝，也可以為實現(xiàn)不同的作用進行全面的置換。處于同一系統(tǒng)中的模塊都有著高集成度，精密化電子構造和輕量化可以切實提高系統(tǒng)的綜合性能，用來解決難度更大的問題。在降低費用方面，主要從模塊的搭建方面入手，有利于零件更換和系統(tǒng)的進一步維護。

2.2 分布式模塊化航空電子系統(tǒng)

該系統(tǒng)相較于綜合模塊來講，實現(xiàn)了更大跨度的升級和續(xù)繼續(xù)的更新，而且有著很高的集成度。系統(tǒng)可以相對較為獨立，同時還能對航電系統(tǒng)中的模塊進行有效兼容并使用。當前，分布式的系統(tǒng)設計可以有效解決硬件在運行中的系統(tǒng)問題，但同時也存在一定的功能障礙，存在非核心方面的軟件和硬件矛盾，但不嚴格限制各類模塊的真實排布。隨著網(wǎng)絡功能的飛躍式發(fā)展，分布式系統(tǒng)也成為航空電子技術方面的重要使用網(wǎng)絡，為推動航空電子技術的進步與超越提供巨大的推動作用。

2.3 總線系統(tǒng)結(jié)構

數(shù)據(jù)總線交換網(wǎng)是運用當前傳輸速度高的高速光纖來建立的，連接計算機和各處理器，有效保證數(shù)據(jù)和信息能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)。搭配綜合處理機和有關傳感器的組件，實現(xiàn)高速光纖數(shù)據(jù)交換網(wǎng)的連接。數(shù)據(jù)、處理、整合可以為飛行員提供有效而且及時的信息內(nèi)容?？偩€設計過程中，需要應用雙余度總線結(jié)構。在兩臺綜合處理器間，使用可更換的模塊技術，可以進一步讓模板總線和外線進行整體的連接。在分析中能夠看出，當前新總線設計符合航空實際需求。

3 新型航空電子系統(tǒng)總線互連技術

當前該技術的發(fā)展主要依靠信號傳輸和系統(tǒng)數(shù)據(jù)。同時，從整體技術發(fā)展情況來看，AFDX 與TTE 總線技術在行業(yè)領域的使用占比越來越大，其影響程度不容小覷。新型航空電子系統(tǒng)總線互連技術，以其速度優(yōu)勢在所有航電技術中擁有較高的利用率。這種技術可以有效滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫蟆?/p>

3.1 FC 航空總線技術

該類技術主要依據(jù)國際標準形成，通過I/O 的合理使用，完成網(wǎng)絡信息的信號交流和信息傳輸?shù)慕涣?。在高帶寬的承載下，串口能夠?qū)崿F(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)、音頻的高速傳遞，極大縮短了獲取和輸出數(shù)據(jù)的時間。光纖通道技術是利用控制與互傳數(shù)據(jù)流量來進行的。尤其在處理高負荷的網(wǎng)絡流量方面，光纖技術能夠借助更先進的網(wǎng)絡結(jié)構實現(xiàn)數(shù)據(jù)和流量的傳輸，同時其出現(xiàn)延誤、誤差的幾率較低。此外，光纖技術能夠根據(jù)實際需要靈活設置和刪減數(shù)據(jù)處理節(jié)點，更為綜合性的處理方式所面對的層次更為復雜，且呈現(xiàn)出的形式更為多變。該類技術在民航飛行器中的使用較為廣泛，其兼容性是多種多樣的，可以同時處理多種協(xié)議的高頻作業(yè)。與之相對應的軍用飛行設備的對應性更強。

3.2 AFDX 總線技術

AFDX 總線技術應用于航空子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換，可以和ARINC429、MIL-STD-1553B 標準機載數(shù)據(jù)總線來實現(xiàn)有效的連接，網(wǎng)絡通信任務的完成是通過網(wǎng)絡對數(shù)據(jù)的綜合處理、轉(zhuǎn)換和傳輸來實現(xiàn)的。個別線路的運行可能會對總控制裝置造成負面影響，給系統(tǒng)維修帶來困難。由于系統(tǒng)所處理的所有信息均附有一條總線，這樣便對系統(tǒng)的總體連接形成了一定程度的障礙。而AFDX 總線技術可以從某種程度上解決上述這類問題，這種技術對數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾瘦^快，全雙工交換以太網(wǎng)技術沒有總線控制器，控制的時候不需要利用MIL-STD-1553B。AFDX 所使用的拓撲結(jié)構可以實現(xiàn)較大面積的輻射，可用于傳輸?shù)膽霉?jié)點數(shù)量也更多。這類技術能夠保證數(shù)據(jù)從發(fā)送到接收整個過程在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)，極大提高了應用效率，信息傳輸上誤碼率低，而且有著很高的可靠性。建立時間觸發(fā)網(wǎng)絡是在IEEE 802.3 的標準上，在以太網(wǎng)時髦統(tǒng)一時鐘，全部終端設備通信在時間偏移上都是一樣的。時間觸發(fā)TTE 總線技術的合理使用，可以減少軟件使用的環(huán)節(jié)，但必須以系統(tǒng)安全運行為前提條件，再考慮費用節(jié)約問題。航空領域的網(wǎng)絡技術應用首先要以精密、高效為前提，由于航空需求普遍高于其他領域，因此在技術搭建的成本方面，便較難壓縮。但隨著技術的發(fā)展，將會產(chǎn)生更多的物理材料可以對現(xiàn)有設備和線路進行等量替換，這樣便在成本壓縮方面實現(xiàn)可能。

時間觸發(fā)總線技術的核心是通過不同的時間點進行數(shù)據(jù)和信號的傳輸。與事件觸發(fā)技術相比，選擇不同的時間節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳遞可以有效避免同時間傳輸對網(wǎng)絡造成的負荷壓力，錯時傳輸更有效降低了寬帶承載量，這樣切實有效解決了帶寬矛盾。事件觸發(fā)總線技術里摒棄一些較低節(jié)點，進而保證更高級的節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸效果。依據(jù)不同時間點進行傳輸?shù)募夹g，將對不同的傳輸節(jié)點進行統(tǒng)一設置，按系統(tǒng)類別對不同節(jié)點設置不一樣的時期，第一時間段所要完成的任務，有著較為單一的性質(zhì)，也有著很強的確定性質(zhì)，進一步確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性?？梢姡瑥腻e時角度考慮設置傳輸節(jié)點，可以有效減少網(wǎng)絡資源的消耗，對信息處理的延誤幾率也小些，并且利用信息傳輸通信來確定時間點，有著較高的實效性質(zhì)。

結(jié)束語

總之，結(jié)合以上闡述，深入闡述了航空電子總線技術，在分析過程，作為研究人員，要加強專業(yè)能力，要不斷迎合時代發(fā)展，積極探索航空電子技術實際，以此才能有針對性的總結(jié)更加高效的電子數(shù)據(jù)總線技術措施，以為航空事業(yè)發(fā)展奠定良好基礎。