航空電子系統幾種主要數據總線應用特性分析

70年代以來，隨著微電子、計算機、控制論的發展，使得航空電子系統的發展更為迅速。1980年美國專門制定了軍用1553系列標準和ARINC系列標準，使數據總線更加規范化。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。數據總線技術在我國航空電子系統設計中已有十幾年的設計和使用經驗，本文就常用的MIL-STD-1553B、ARINC429、CSDB、ARINC6路總線（561、568、582）和ARINC629總線從構成、特性以及應用等幾方面進行討論和闡述。

　　1　總線的構成

　　一旦設計者確定了基本的飛電系統結構后，最重要的是總線布局，它對系統性能具有重要影響。總線可以是單向的，也可以是雙向的。最常用的單向總線設計的依據是“ARINC429規范MARK33數字式信息傳輸系統”。雙向總線布局基本上有三種形式：線性的、網狀的、星形的。通常根據“MIL-STD-1553B飛機內部時分制指令/響應式多路傳輸數據總線”規定：總線要有一個中央總線控制器。線性的雙向總線布局設計最常用。設計時，要注意采用特別的預防措施，否則容易產生單點失效（可運用故障樹分析技術檢查）；網狀布局可用于通用的先進容錯系統，優點是：利用節點控制器來斷開失效或破壞的網段，可成功地實現容錯，其他無損壞的網段上，按規定路線發送信號，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總線系統中數量最多的部件，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。它可以與它所服務的分系統分開，也可嵌入分系統內。1553B總線的第二個特性是位優先權。它首先發送數據字中的最高位，接著按數值遞減的次序發送較低有效位。第三是傳輸方法，數據總線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問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數據總線特性分析

　　ARINC429數據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、非關鍵性的應用場合；高速總線則用于傳輸的數據量比較大或那些至關重要的飛行信息。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。對于每一個字的同步，可通過檢測每個字第1位的躍變來實現。在連續傳輸的字與字之間至少有4個位時的時間間隔。

　　工業標準數據總線（CSDB）是一個二進制的二種狀態的波形。總線由雙絞屏蔽線組成，該線的阻抗符合美國電子工業協會（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。總線由三股雙絞屏蔽線組成。三條線路分別用于串行數據、字同步和時鐘信號傳送，串行數據被編成二進制編碼數據（BCD）和二進制數據，前8位用作地址，后24位用作數據。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。

　　注：①為示波器所看見的波形;　②為按有效位的次序顯示的波形;

　　③31，32位為00時，非測試有效；10時，測試有效；01時，無效；11時，未規定。

　　ARINC629數據總線像ARINC429一樣是無主機的廣播式數據總線，按照載波偵聽多路訪問/碰撞檢測（CSMA/CD）的規約來進行工作。