航空航天数据总线技术发展综述一

 

70年代以来，随着微电子、计算机、控制论的发展，使得航空电子系统的发展更为迅速。1980年美国专门制定了军用1553系列标准与ARINC系列标准，使数据总线更加规范化。目前自动化程度较高的军、民用飞机，如F-16、F-117、幻影2000、空中客机A340等都采用了数据总线技术。数据总线技术在我国航空电子系统设计中已有十几年的设计与使用经验，本文针对具有代表性的总线标准，包括MIL-STD-1553B、ARINC429、RS485及CAN总线技术进行介绍。

 

1、MIL-STD-1553B

MIL-STD-1553B总线全称为飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线，它由美国自动化工程师协会在军方与工业界的支持下制定，正式公布于1978年，1986-1993年进行了修改与补充。我国与之对应的标准就是GJB289A-97。该总线采用冗余的总线型拓扑结构，传输数据率可达1MB/S，足以满足第三代作战飞机的要求。1553B总线系统主要由总线控制器BC与远程终端RT组成，其字长度20bit，数据有效长度为16bit，半双工传输方法，双冗余故障容错方式，传输媒介为屏蔽双绞线，1553B总线的冗余度设计，提高了子系统与全系统的可靠性。

1553B总线的主要功能就是为所有连接到总线上的航空电子系统提供综合化、集中式的系统控制与标准化接口。该总线技术首先运用于美国空军F-16战斗机。在过去的30年中，MIL-STD-1553B已成功地应用于多种战机，并且成功应用于其它控制领域，如导弹控制、舰船控制等，在海军与陆军的武器与维护系统中已经开始采用1553B总线。随着国防现代化的建设与武器系统的升级换代，我军也开始将1553B协议大量应用到武器系统的设计中。

2、ARINC429

ARINC429总线协议就是美国航空电子工程委员会（Airlines Engineering committee）于1977年7月发表并获得批准使用的，它的全称就是数字式信息传输系统（DITS）。协议标准规定了航空电子设备及有关系统间的数字信息传输要求。ARINC429广泛应用在民航客机中，如B-737,A310等，俄制军用飞机也选用了类似的技术。我国与之对应的标准就是HB6096-SZ-01。ARINC429总线就是面向接口型数据传输结构，总线上定义了2种设备，发送设备只能有1个，而接收设备却可以有多个。发送设备与接收设备采用屏蔽双绞线传输信息，传输方式为单向广播式，调制方式采用双极性归零制三态码，传输数据率可达100kb/s。ARINC429总线结构简单、性能稳定、抗干扰性强、具有高可靠性等优点。

3、RS485总线

RS485就是串行数据接口标准，由电子工业协会（EIA）制订并发布的，它就是在RS422基础上制订的标准，RS485标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器驱动总线，其最高传输速率为10Mbps。RS485为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。RS485有两线制与四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现已很少采用。在监控装置的RS485通信网络中采用的就是这种主从通信方式，即一台上位机（主机）带多个传感器（从机）的控制方式。

RS485总线接口作为多点、差分数据传输的电气规范，现已成为业界应用较为广泛的标准通信接口之一。

RS485串行数据总线具有结构简单、价格低廉、通信距离与数据传输速率适当等优点使其在工业控制领域、汽车、舰船系统中得到广泛应用。

4、CAN总线技术

CAN（控制器局域网）总线就是当前现场总线具有代表性的一种总线，就是一种有效支持分布式控制与实时控制的串行通信网络。CAN总线就是德国Bosch公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它就是一种多主总线。其通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbit/s。CAN总线通信接口集中了CAN协议的物理层与数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余校验、优先级判别等工作。

航空航天领域使用的总线系统要求具有很高的实时性、可靠性与抗干扰性能等，CAN总线自身存在的一些问题限制了它在这一领域的应用：①不可预测性。CAN总线采取多主竞发的形式，当遇到总线多个节点要求发送时，此时只有发送具有最高优先权帧的节点变为总线主站。在极端情况下，具有较低优先权的报文可能在相当长一段时间内无法抢占发送权，报文延迟时间不可预知。②信道出错堵塞。在节点有可能受干扰或其他原因暂时或永久失效时，出错的主机会命令CAN收发器不断发送报文。该信息的格式等均合法，因此CAN没有相应的机制来处理这种情况。根据CAN的优先权机制，比它优先权低的信息就被暂时或永久堵塞。③系统冗余支持。CAN就是单条总线，而在航空航天领域的应用中，为满足苛刻的可靠性要求多采用双冗余甚至多冗余总线的方式。CAN本身并不包括像数据描述、站地址、连接导向协议等项目。它只规范了ISO/OSI7层标准模型中的数据链路层与物理层，因此，必须通过开发CAN的较高层协议来解决这些问题。

5、结语

航空航天电子系统选用数据总线需要综合考虑通信速率、可靠性、抗干扰性、兼容性、可扩展性等要求，MIL-STD-1553B、ARINC429等数据总线技术，由于具有以上优点，在航空航天领域得到了非常广泛的应用。

但随着技术的发展，通信速率达到数百兆以上的设备大量出现，以上介绍的数据总线技术已不能满足新型航空航天飞行器的发展要求，迫切需要新的技术支持，相关内容将在“航空航天数据总线技术综述（二）”中介绍。

 

 

北京汉通达科技主要业务为给国内用户提供通用的、先进国外测试测量设备和整体解决方案，产品包括多种总线形式（台式/GPIB、VXI、PXI/PXIe、PCI/PCIe、LXI等）的测试硬件、相关软件、海量互联接口等。经过二十年的发展，公司产品辐射全世界二十多个品牌，种类超过1000种。值得一提的是，我公司自主研发的BMS测试产品、芯片测试产品代表了行业一线水平