航空机载数据总线介绍

民机机载数据总线概述作者：张烨峰来源：《科学与财富》2018年第30期一、机载数据总线概述现代飞机上各个电子设备或子系统都装备了独立的计算机，而这些计算机除了满足各个功能子系统的实时处理之外，还需要进行信息交联达到功能综合的目的，这就导致了航空电子综合系统的出现。

机载数据总线技术已经成为电传操纵系统和整个航空电子系统的中枢神经，是航空电子综合系统的工作支柱。

ARINC 429、ARINC 629是世界大型民用客机领域最为重要的机载总线，曾经以优异的性能在大型民用客机领域占据了统治地位，但是随着航空电子技术正在向智能化、模块化、标准化、综合化等方向深层次快速发展，以航空电子全双工交换式以太网（AFDX）为代表的新一代民用航空电子系统互连技术已经崛起，将最终取代ARINC 429、ARINC 629系列总线。

二、机载总线发展现代飞机机载设备结构和总线由 1960 年到现在经历以下演化阶段：（1）分布式模拟系统结构；（2）分布式数字系统结构；（3）集中式数字系统结构；（4）综合模块式数字系统结构。

分布式模拟系统结构：机载设备主要通过大量物理链路连接传递数据，没有通信总线，导致机载设备难以修改和升级，而飞行管理和空中交通管理需要增加或升级民机机载设备。

同时模拟计算机体积庞大。

分布式数字系统结构：数字计算机技术的成熟使其在航空领域开始应用，另一个重要的技术发展是使用半双工串行数字总线，如 429 总线。

429 总线是一种传送速度相对较慢的一对多、半双工串行数字总线。

数字计算机减少计算机体积和重量，通信总线大大减少机载设备硬线连接，同时促使不同厂家产品使用相同的标准接口，简化后续产品升级和修改的压力。

典型的飞机有波音 737、早期波音 767、空客A330。

集中式数字系统结构：数字总线 1553B 的全双工、多终端通信协议、通信速率高，可以连接各主要机载设备，机载设备如飞控系统内部再使用系统总线。

随着新的数字总线 1553B 被确定为北约通用数字总线标准和广泛的使用，大大降低使用成本。

航空数据总线技术入门支超有航空数据总线技术综述前言•航空电子与航空数据总线•航空数据总线（机载数据总线）分类•数据总线协议、拓扑结构、数据总线性能指标ARINC航空数据总线•ARINC-429航空数据总线•ARINC-629航空数据总线CSDB商用航空数据总线•CSDB总线协议•CSDB拓扑结构MIL-STD-1553B及其它军用航空数据总线航空数据总线技术综述•MIL-STD-1553B航空数据总线•MIL-STD-1773航空数据总线•STANAG 3838/3910 航空数据总线LTPB线性令牌传递总线•LTPB总线协议•LTPB拓扑结构FDDI光纤分布式数据接口•FDDI总线协议•FDDI拓扑结构SCI可扩展一致性接口•SCI协议•SCI拓扑结构航空数据总线应用与综合对比航空电子与航空数据总线●航空数据总线技术是现代先进飞机电传操纵系统和航空电子综合化最重要的关键技术之一，决定着飞机性能和航电系统综合化程度的高低。

●航空数据总线技术已经成为电传操纵系统和整个航空电子系统的“中枢神经”。

●机载高速数据总线技术来源于航空电子综合系统的发展，美军的航空电子系统先后经历了分离式，联合式和综合式三代的发展，目前正处于第四代“先进综合式”的研究阶段。

航空数据总线（机载数据总线）分类●ARINC-429、ARINC-629美国无线电公司制订的一种串行标准，为单向总线设计；●CSDB商业标准数字总线由洛克威尔国际公司科林斯通用航空电子分部制定的航空电子设备间互连的串行总线标准；●MIL-STD-1553B、MIL-STD-1773是美国空军制订的一种串行标准，为双向总线设计，MIL-STD-1773采用光纤作为传输介质；●STANAG 3838/3910欧洲一些国家为欧洲战斗机（EFA）研制和装备的数据总线系统，是1553B的欧洲化，为混合传输介质的双速总线；航空数据总线（机载数据总线）分类●LTPB线性令牌传递数据总线；●FDDI光纤分布式数据接口总线；●SCI (可扩展一致性接口)是总结“宝石柱”和“宝石台”计划经验教训，提出了“航空电子统一网络”的概念，美军的最新一代战斗机研制计划“JAST”中提出的“航空电子统一网络”的首选互连协议，也是美军唯一进入21世纪的战斗机研制计划，为实现先进综合式的航空电子系统打下基础。

• 37•机载总线是航电系统中的重要组成部分，负责设备间的信息交流和传输。

其性能制约着航电系统的发展，是世界各国重点关注的对象。

本文对民航中迄今为止应用较多的几种机载总线协议进行一定的总结，并由小见大，对未来的机载总线技术发展进行一定的展望。

1.Arinc429概述Arinc429总线协议是由美国航空电子工程委员会(Airlines Elec-tronic Engineering Committee)于1977年7月提出的，并在同年发表和获准使用。

该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，被广泛应用于先进的大型民航运输类飞机中。

B737，B757，B767，B777及A300-A600等诸多机型均采用了Arinc429总线协议。

其具有诸多优点，包括数据资源丰富，数据精度高，结构简单，性能稳定，传输可靠，抗干扰能力强等。

（袁梅，曲方伟，民用机载航空总线发展概述：中国航空学会2007学术年会，2007）Arinc429的标准是一种串行标准，是一种面向接口型的单向广播式传输总线。

该总线上仅可有一个发射器，但可有多个接收器。

在Arinc429总线协议中，信息无法倒流。

信息仅可从一台设备的发射器发出，到达该总线上的接收器。

若两设备需要双向通信，则需要两组Arinc429总线。

传输方式为开环传输，接收器不需要通知发射器接收到信息。

该标准使得设备互换性的物理和电气特性达到最大程度的标准化，提高了设备间的兼容性。

Arinc429总线协议也有诸多缺点，如传输速度慢、线缆冗杂等，已经不适应现在的航空电子系统高度集成的趋势。

由于数据仅能单向传输，其电缆数目、长度等必定极其庞大且难以缩减，占用较大空间和重量，是航电系统进一步大规模集成所不可逾越的鸿沟。

因此Arinc629总线协议问世并在逐渐替代Arinc429总线。

2.Arinc429的传输方式Arinc429通信采用带有奇偶校验的32位信息字，采用双极性归零码的三态调制编码方式，调制信号有“高”、“零”、“低”三种电平。

机载总线技术应用综述及其对飞机性能的影响目前，主要应用于飞机上的机载总线技术有：1.面向数据传输的机载总线技术：如ARINC429、ARINC629等。

这些总线技术主要用于传输飞机的遥测数据、控制命令等重要信息，具有高可靠性和高实时性的特点。

2.面向嵌入式系统的机载总线技术：如MIL-STD-1553B、AFDX等。

这些总线技术主要用于传输飞机上各个控制单元之间的数据，实现飞机各个子系统之间的通信和协同工作。

3. 面向高速数据传输的机载总线技术：如Gigabit Ethernet、Fibre Channel等。

这些总线技术主要用于传输大容量的数据，如高清视频、高速图像处理等。

1.提高飞机系统的可靠性和可维护性：通过应用机载总线技术，可以减少飞机上的电缆数量，简化飞机的布线结构，降低故障发生的概率，并且减少故障排查和维护的难度。

2.提高飞机系统的实时性和响应速度：机载总线技术能够提供高速的数据传输能力，使得飞机各个子系统之间可以快速地交换数据和信息，提高飞机的反应速度和工作效率。

3.提升飞机系统的数据交换能力和灵活性：机载总线技术可以实现多个设备之间的数据共享和交换，使得飞机各个子系统可以实时地共享数据和信息，提高飞机系统的整体效能。

4.降低飞机系统的重量和能耗：应用机载总线技术可以减少电缆的使用，降低飞机的重量，提高飞机的燃油效率，从而降低飞机的能耗和运行成本。

总之，机载总线技术的应用对飞机的设计和性能有着重要的影响。

它能够提高飞机的可靠性、实时性和灵活性，降低飞机的重量和能耗，同时也简化了飞机的布线结构，提高飞机系统的整体效能。

随着航空科技的进步和飞机的不断发展，机载总线技术将在未来得到更广泛的应用和发展。

航空航天数据总线技术综述（二）在上一期的“航空航天数据总线技术发展综述（一）”中，我们主要介绍了MIL-STD-1553B、ARINC429、MIL-STD-1773、ARINC629、CAN总线等中低速的航空航天数据总线技术，本期将针对IEEE1394、FDDI、LDPB及SpaceWire等部分中高速数据总线技术进行详细介绍。

1.IEEE1394总线IEEE1394是由IEEE制定的一种高性能串行总线标准，又名火线(FireWire)。

IEEE 1394协议分为1394a、1394b等，其中1394b可支持高达3.2 Gbps传输速率，并支持光纤传输。

IEEE1394作为商用总线，近年来发展迅速，不仅在工业和测控领域被广泛应用，而且已经逐步深入到航空航天及军事应用领域。

基于1394b的光纤总线系统具有计算能力强、吞吐量大、可靠性高、易于扩展、维护方便、且支持点对点通信、广播通信及支持热插拔等优点，为多模态传感系统、在线实时检测和视频图像传输提供了广阔的空间。

因此，基于1394b光纤总线的军事应用，对于提高武器系统打击精度、机动性和快速性具有重要意义。

IEEE1394b已经使用在军用飞机上，并作为F22猛禽战机上的视频总线，同时也在F35上有所使用。

2、FDDI总线光纤分布式数据接口( FDDI: Fiber Distributed Data Interface) 高速总线由美国海军研究中心提出,由美国国家标准局（ANSI）于1989年制定的一种用于高速局域网的MAC标准。

FDDI是一种按令牌协议传输信息、实现分布式控制、分布式处理的光纤介质总线网络系统。

“令牌”是一个特别定义的信息帧，只有令牌明确寻址的终端才可在总线上发送信息，对总线上每个终端都给定一个握有令牌的时间期,在终端握有令牌的时间期内, 终端主控工作, 可发送信息给其他终端。

FDDI传输速率可达100Mbps，FDDI具有传输速率高、传输距离长、覆盖范围大、可靠性高、安全性高、支持可动态分布传输的特点，因此在上世纪90年代作为先进的光纤组网技术得到了发展与应用。

航空电子系统几种主要数据总线应用特性分析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系列标准和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和使用经验，本文就常用的MIL-STD-1553B、ARINC429、CSDB、ARINC6路总线（561、568、582）和ARINC629总线从构成、特性以及应用等几方面进行讨论和阐述。

1总线的构成一旦设计者确定了基本的飞电系统结构后，最重要的是总线布局，它对系统性能具有重要影响。

总线可以是单向的，也可以是双向的。

最常用的单向总线设计的依据是ARINC429规范MARK33数字式信息传输系统。

双向总线布局基本上有三种形式：线性的、网状的、星形的。

通常根据MIL-STD-1553B飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线规定：总线要有一个中央总线控制器。

线性的双向总线布局设计最常用。

设计时，要注意采用特别的预防措施，否则容易产生单点失效（可运用故障树分析技术检查）；网状布局可用于通用的先进容错系统，优点是：利用节点控制器来断开失效或破坏的网段，可成功地实现容错，其他无损坏的网段上，按规定路线发送信号，系统的全部功能可重构；星状结构的布局除具有上述优点外，还可明显地减少耦合损耗，但灵活性较差。

2几种总线的特性分析2.11553B总线特性分析1553B总线为总线控制器和所有有关的远程终端之间提供了一条单一数据通路，包含双绞屏蔽电缆、隔离电阻、变压器等所有硬件。

远程终端（RT）是1553B总线系统中数量最多的部件，事实上，在一个给定的总线上最多可达31个远程终端。

远程终端仅对它们特定寻址询问的那些有效指令或有效广播（所有RT同时被寻访）指令才作出响应。

◼引言民用航空器对航空电子设备传输的速度、可靠性、性能、效率的需求，航空电子设备在复杂结构系统中的运用，航空器机载数据总线在整个飞机航电系统架构中起着核心作用，可以比喻成飞机的“经脉”，贯穿整个飞机系统，操作飞机运转的神经中枢。

新一代的总线技术不断地推出，以适应和满足高速发展的航空电子系统的需求。

在我国大飞机事业迅速发展的背景下，加快民用航空器机载数据总线的研究，以满足自主研发、自主设计、自主制造的需求。

 ◼1 航空机载数据总线概述民用航空器机载数据总线技术是实现各设备系统之间的数据通信，各设备和子系统之间通过总线联系在一起，组成整个庞大的航空系统网络。

目前民用航空器运用最广泛的是ARINC429数据总线、ARINC629数据总线，以及近几年推出的AIRNC 664 AFDX数据总线。

 ◼2 应用广泛的航空机载数据总线2.1 ARINC429数据总线民用航空器数据总线一个重大的变革是20世纪70年代和80年代 ARINC429总线的应用，总线上不再需要控制器，以最高100 KB/s的传输速率在各种航空电子设备之间传输数据。

ARINC429全称是数字式信息传输系统，是由美国航空电子工程委员会（AEEC）制定的一种民用航空器机载总线规范。

ARINC429总线通信方式是用带有奇偶校验的32位信息字，并采用双极型归零的三态调制编码方式。

ARINC429总线结构简单、性能稳定、抗干扰性强，最大的优势在于可靠性高。

ARINC429数据总线开启了航空电子设备的数字时代，它是一种相对比较慢的串行双绞线数据总线，总线使用的是非集中控制方式。

ARINC429总线上只有一个终端可以发送，多达20个终端可以接收，这使得总线上数据传输有序稳定，不会存在单点故障，传输可靠，错误隔离性好，大大提高了数据传输的稳定性和可靠性。

但ARINC429总线从主系统发出数据，传输到子系统，子系统是不会反馈确认信息的，如需要子系统反馈确认信息主系统，还需要增加另一条总线。