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军用总线控制技术简介作者：陈峰付国忠姚兆来源：《武汉科技报·科教论坛》2013年第11期【摘要】本文主要介绍了不同军用数据控制技术的特点、改进及其发展用途。
【关键词】军用航空数据；高速数据总线；光纤通道一、 MIL-STD-155320世纪70年代，美国军方制定了军用航空数据总线标准— MIL-STD-1553。
该总线为指令/响应时分多路数据总线，采用冗余的总线型拓扑结构，利用屏蔽双绞线或同轴电缆作为传输介质，传输数据率可达1Mb/s。
其主要功能是为所有连接到总线上的航空电子系统提供综合化、集中式的系统控制接口。
这种总线技术首先运用于美国空军F-16战斗机。
MIL-STD-1553总线技术共有2个版本：1553A和1553B。
二、MIL-STD-17731988年，美国国防部发布了新的军用标准 MIL-STD-1773，这个标准是对 MIL-STD-1553标准在传输介质上的一个改进，利用光纤传输介质来取代屏蔽双绞线以及电缆，其他的高层协议与 MIL-STD-1553B相同。
MIL-STD-1773数据总线在20世纪90年代已被美国国家航空，宇宙航行局和海军所使用，F-18战斗机就是使用这一标准的试验机型。
与此同时，英国也在研究基于光纤的数据传输总线技术，“山猫”直升机（Lynxhelicopter）就是利用光纤作为其传输介质的机型。
当前， MIL-STD-1773已发展到了双速率、高速度的阶段，波音公司已制造出基于MIL-STD-1773标准的双速率的收发器，具有1Mb/s和20Mb/s两种速率，1Mb/s主要用于MIL-STD-1553总线的使用，而20Mb/s主要用于高速数据传输。
三、STANAG3910STANAG3910也是一种指令/响应协议，采用双速率传输总线结构。
高速通道具有20Mb/s 的传输速率，以满足现今绝大多数战机航电子系统之间高速通信的要求，而低速率的MIL-STD-1553B通道主要控制高速通道的通信。
FC总线技术简介（二）在上一期中我们了解到光纤通道（FC）是高吞吐量、低延时、低误码率的网络技术。
整个标准系列还在不断的发展，其中用于航空领域-航空电子系统环境工程（FC-AE）的协议规范已经定制了5种，分别是：MIL-STD-1553高层协议（FC-AE-1553）、无签名的匿名消息传输（FC-AE-ASM）、FC轻量协议（FC-AE-FCLP）、远程直接存储器访问协议（FC-AE-RDMA）及虚拟接口（FC-AE-VI）。
因此，本期我们将对FC-AE的系列标准进行介绍。
1. 简介FC-AE 标准是Fiber Channel-Avionics Environment 的简称，即光纤通道在航空电子领域的应用，它是由美国国家信息委员会（ANSI）组织制订的一组草案。
FC-AE定义的是一组协议集，这些协议主要用于航空电子的控制工作、命令指示、信号处理、仪表检测、仿真验证和视频信号或者传感器数据的分配。
FC-AE 标准所涉及的应用协议都有着许多相同的特点，如它们都具有实时性、高可靠性、可确定性带宽和可确定性延迟。
FC-AE 规范中定义的在航电系统中采用光纤通道的环路拓扑与交换网络来连接设备的选择，已经得到了广泛的应用。
具体的FC-AE规范如下。
FC-AE-1553：FC-AE-1553 协议是MIL-STD-1553B 协议在带宽，地址空间和数据传输量上的扩展，其目的是更好地支持航电系统中各元素之间的通信。
FC-AE-1553 的主要特性在于它的命令/响应式，消息的ACK 选择，RDMA 传输，文件传输，以及兼容MIL-STD-1553B 终端的能力。
FC-AE-ASM：ASM 是Anonymous Subscriber Messaging 的缩写，即匿名订制信息传输协议。
该协议用于支持航空电子应用的处理器、传感器和显示器之间确定、安全、低延迟的通信。
FC-AE-FCLP：FCLP 是Fiber Channel Lightweight Protocol 的缩写，即轻量协议传输。
航空机载数据总线介绍2016 . 4Somethings about the DataBus 数据总线用于传送数据信息。
最大的特征：共享与交换常见硬件结构技术指标：•总线的带宽（总线数据传输速率）•总线的位宽（主要对于并行总线有意义）•总线频率（主要对于并行总线有意义）•拓扑结构•传输距离•传输介质•确定性•… …常见软件结构底层驱动（控制芯片）高层协议（可以有多级）用户接口（符合OS设备管理或单独定义）连接器收发器控制芯片（可以有多级）映射寄存器DMA 映射内存双口RAM电缆/电路（传输介质）讲讲技术指标总线的带宽（总线数据传输速率）——代表总线最大数据传输能力… …拓扑结构•点对点•（总）线形•星形•环形•交换式总线的位宽（主要对于并行总线有意义）例如：8/16/32/64/128/256 bit总线频率（主要对于并行总线有意义）例如：16MHz、33MHz、66MHz传输距离•＜10m• 10m – 100m•＞100m（10km）传输介质•同轴电缆•屏蔽双绞线•光纤确定性•传输时间•传输延时•分配带宽•数据传输冲突与仲裁•数据接收的保证性低速中速高速≤ 10M bps ＞10M bps And＜ 100 M bps≥ 100M bpsSomethings about 航空总线系统实时性要求（尤其是控制系统部分）：实时性/确定性相对恶劣的环境（高/低温：-55~100 ℃、机内/外电磁干扰、宇宙辐射）：可靠性/容错能力可用于航空机载的数据总线• ARINC-429（我国标准：HB6096-SZ-01 ）• RS485• CAN• CSDB• MIL-STD-1553B（我国标准：GJB289A-97）• ARINC-629（波音-777）• MIL-STD-1773• STAN-AG-3910• LTPB• FDDI• FC• AFDX/ARINC-664• TTE• IEEE1394• SpaceWire• ARINC-659•……ARINC429●ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会(Airlines EngineeringCommittee)于1977年7月提出的，并于同年同月发表并获得批准使用。
FC总线技术简介（一）在前面的介绍中，我们介绍了航空航天数据总线技术，并认为FC总线技术由于具备高速率的数据传输特性、较高可靠性、可扩展性强等特点被认为是未来航空总线发展的主要数据总线之一。
因此，在接下来的几期文章中，我们将从光纤通道技术、FC-AE系列标准、FC-AE-1553及FC标准簇等方面进行详细介绍。
在本期中，我们将对光纤通道的相关技术进行介绍，包括分层结构、拓扑结构、端口类型、服务类型及端口单元等方面。
1.光纤通道简介光纤通道航空环境(FC-AE：Fiber Channel Avionics Environment)是光纤通道(Fiber Channel)标准开发组织制定的一簇协议族，用于详细定义可用于光纤通道航空电子环境上的(包含军事以及商业应用)专用系统。
该协议将快速可靠的通道技术和灵活的、可扩展的网络技术有机融合在一起。
FC 协议发展至今，已经能够支持很多上层协议和指令集，例如：MIL-STD-1553B、IP、ATM 等协议以及 HIPPI、IPI、SCSI等指令集，支持光纤和铜缆等多种物理介质。
FC 协议能够很好地实现全双工、半双工和单工的通信模式。
光纤通道的基本特点如下：高带宽、多媒介、长距离传输：串行传输速率已由最初的1Gbps 提高到4Gbps ，并且正在向更高速率、更大数据吞吐量发展，适用于不同模块间大规模应用数据（如音频、视频数据流）交换；以光纤、铜缆或屏蔽双绞线为传输介质，低成本的铜缆传输距离为25m，多模光纤传输距离为0.5km，单模光纤传输距离为10km；∙∙可靠性与实时性：多种错误处理策略，32位CRC 校验，利用优先级不同适应不同报文要求，并解决媒介访问控制时的冲突，传输误码率低于10-12，端到端的传输延迟小于10us，支持非应答方式与传感器数据传输；∙∙统一性与可扩展性：可以方便的增加和减少节点以满足不同应用需求，拓扑结构灵活，支持多层次系统互连，利用高层协议映射提高兼容和适应能力。
航空航天数据总线技术成长综述令狐采学综述170年代以来，随着微电子、计算机、控制论的成长，使得航空电子系统的成长更为迅速。
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。
目前自动化水平较高的军、民用飞机，如F16、F117、幻影2000、空中客机A340等都采取了数据总线技术。
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和使用经验，本文针对具有代表性的总线标准，包含MILSTD1553B、ARINC429、MILSTD1773、ARINC629、STANAG3910、RS485及CAN总线技术进行介绍。
1. MILSTD1553BMILSTD1553B总线全称为遨游翱翔器内部时分命令/响应式多路数据总线,它由美国自动化工程师协会在军方和工业界的支持下制定,正式公布于1978年,19861993年进行了修改和弥补。
我国与之对应的标准是GJB289A97。
该总线采取冗余的总线型拓扑结构,传输数据率可达1 Mb/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和远程终端RT和组成，其字长度20bit，数据有效长度为16bit，半双工传输办法，双冗余故障容错方法，传输媒介为屏蔽双绞线，1553B总线的冗余度设计，提高了子系统和全系统的可靠性。
1553B总线的主要功能是为所有连接到总线上的航空电子系统提供综合化、集中式的系统控制和标准化接口。
该总线技术首先运用于美国空军F16战斗机。
在过去的30年中,MILSTD1553B已胜利地应用于多种战机,并且胜利应用于其它控制领域,如导弹控制、舰船控制等，在海军和陆军的武器和维护系统中已经开始采取1553B总线。
随着国防现代化的建设和武器系统的升级换代，我军也开始将1553B协议年夜量应用到武器系统的设计中。
2. ARINC429ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会（Airlines Engineering Committee）于1977年7月颁发并获得批准使用的,它的全称是数字式信息传输系统(DITS)。
FC总线技术简介（一）在前面的介绍中，我们介绍了航空航天数据总线技术，并认为FC总线技术由于具备高速率的数据传输特性、较高可靠性、可扩展性强等特点被认为是未来航空总线发展的主要数据总线之一。
因此，在接下来的几期文章中，我们将从光纤通道技术、FC-AE系列标准、FC-AE-1553及FC标准簇等方面进行详细介绍。
在本期中，我们将对光纤通道的相关技术进行介绍，包括分层结构、拓扑结构、端口类型、服务类型及端口单元等方面。
1.光纤通道简介光纤通道航空环境(FC-AE：Fiber Channel Avionics Environment)是光纤通道(Fiber Channel)标准开发组织制定的一簇协议族，用于详细定义可用于光纤通道航空电子环境上的(包含军事以及商业应用)专用系统。
该协议将快速可靠的通道技术和灵活的、可扩展的网络技术有机融合在一起。
FC 协议发展至今，已经能够支持很多上层协议和指令集，例如：MIL-STD-1553B、IP、ATM 等协议以及HIPPI、IPI、SCSI等指令集，支持光纤和铜缆等多种物理介质。
FC 协议能够很好地实现全双工、半双工和单工的通信模式。
光纤通道的基本特点如下：•高带宽、多媒介、长距离传输：串行传输速率已由最初的1Gbps 提高到4Gbps ，并且正在向更高速率、更大数据吞吐量发展，适用于不同模块间大规模应用数据（如音频、视频数据流）交换；以光纤、铜缆或屏蔽双绞线为传输介质，低成本的铜缆传输距离为25m，多模光纤传输距离为0.5km，单模光纤传输距离为10km；••可靠性与实时性：多种错误处理策略，32位CRC 校验，利用优先级不同适应不同报文要求，并解决媒介访问控制时的冲突，传输误码率低于10-12，端到端的传输延迟小于10us，支持非应答方式与传感器数据传输；••统一性与可扩展性：可以方便的增加和减少节点以满足不同应用需求，拓扑结构灵活，支持多层次系统互连，利用高层协议映射提高兼容和适应能力。
◼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。
航空航天数据总线技术综述（三）航空航天数据总线技术发展综述（三）在上一期的“航空航天数据总线技术发展综述（二）”中，我们主要介绍了IEEE1394、FDDI、LDPB及SpaceWire等部分高速航空航天数据总线技术，本期将针对AFDX、TTE、Ethernet及FC总线等通信速率达到百兆以上的高速数据总线技术进行详细介绍。
1. AFDX总线技术航空电子全双工交换以太网（AFDX：Avionics Full-Duplex Switched Ethernet）是基于标准（IEEE802.3以太网技术和ARINC664 Part7）定义的电子协议规范，主要用于实现航空子系统之间进行的数据交换。
AFDX是通过航空电子委员会审议的新一代机载以太网标准，AFDX允许连接到其他标准总线如ARINC429和MIL-STD-1553B等，并允许通过网关和路由与其他的适应ANIRC664但非确定的网络通讯。
AFDX是大型运输机和民用机载电子系统综合化互联的解决方案。
AFDX的传输速率可达100Mbps甚至更高，传输介质为铜制电缆或光纤。
AFDX中没有总线控制器，不存在1553B中集中控制的问题。
同时，AFDX采用接入交换式拓扑结构，使它的覆盖范围和可支持的节点数目远远超过了1553B总线。
AFDX的主要特点如下：(1) 全双工:物理层的连接介质是两个双绞线对，一对用于接收，另一对用于发送；(2) 交换式网络:网络连接采用星型拓扑结构，每个交换机最多可连接24个终端节点，交换机可以级联以实现更大规模的网络；(3) 确定性:网络采用点到点网络，通过使用虚连接以保证带宽；(4) 冗余:双重网络提供了更高的可靠性；(5) 网络传输速率可选择10Mbps或100Mbps 。
空中客车公司在最新研制的A380飞机上就率先采用AFDX总线，同时波音公司在最新研制的787和747-400ER飞机中也采用了AFDX 作为机载数据总线。
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。
FDDI主要用于海军作战系统，已经应用于舰载作战情报指挥系统（C3I）的海军第三代ZKJ-7上，并且还应用
于国际空间站中。
3.LTPB总线技术
LTPB(LinearToken Passing Bus)是由国际自动机工程师学会（SAE International）制定的军用数据总线，定义了令牌消息、站管理消息、数据消息三种消息类型，其数据传输速率为50Mbit/s，最多可连接128个终端，消息最大长度为4096个字。
从物理上看，LTPB是星型拓扑结构，易于监控网络上信息的传送及整个网络的状态，从逻辑上看，它按站点地址递增顺序形成环型拓扑结构。
线性令牌传输数据总线( LTPB)采用令牌传输协议,不需总线控制器,实现了
真正的分布式控制、分布式处理。
LTPB总线技术采用光纤传输介质,具有很强的抗电磁干扰能力，其传输总线为广播式总线。
LTPB对应的标准为SAE AS4074.1，应用于RAH-66、F-22“猛禽”第4代战斗机中。
LTPB(LinearToken Passing Bus)是由国际自动机工程师学会（SAE International）制定的军用数据总线，定义了令牌消息、站管理消息、数据消息三种消息类型，其数据传输速率为50Mbit/s，最多可连接128个终端，消息最大长度为4096个字。
从物理上看，LTPB是星型拓扑结构，易于监控网络上信息的传送及整个网络的状态，从逻辑上看，它按站点地址递增顺序形成环型拓扑结构。
线性令牌传输数据总线( LTPB)采用令牌传输协议,不需总线控制器,实现了真正的分布式控制、分布式处理。
LTPB总线技术采用光纤传输介质,具有很强的抗电磁干扰能力，其传输总线为广播式总线。
LTPB对应的标准为SAE AS4074.1，应用于RAH-66、F-22“猛禽”第4代战
斗机中。
4、SpaceWire总线
SpaceWire是欧洲航天局开发的一种高速、点对点、全双工的串行总线网络，
以IEEE1355-1995 和LVDS 两个商业标准为基础，汲取了1394技术、ATM技术、以太网技术的优点，同时考虑了空间应用的特点，在故障检测与时间确定性方面做了加强。
SpaceWire最高速度可以达到400Mbps，是目前在航天领域应用较广泛的高速数据总线，已成功应用于火星探测器“Mars Express”项目、彗星探测器“Rosetta Spacecraft”项目和地球环境遥感卫星“Cryosat”项目等。
SpaceWire采用点到点连接的结构，在同一网络中可以同时使用多条总线，其网络拓扑具有很高的自由度。
SpaceWire得到较广泛的应用不仅是由于它是一种简单、可靠、低功耗数据传输技术，另外他也采用了符合当前数据传输发展方向的包交换技术。
相比与CSMA/CD以太网、IEEE1394等总线型数据传输技术中数据速率不可能超过连接性能的情况，其优点是网络中节点的增加不会导致节点可用带宽的降低，为系统的扩展提供了充分的余地。
SpaeceWire网络是一种正在不断发展、完善中的高速数据传输技术，新的补充协议加入到协议簇中，新的应用产品也不断出现。
这种采用交换机制的高速串行全双工技术为载荷数据处理系统向低功耗、可靠、可重用新结构的发展提供
了有效的手段。
5.中高速数据总线对比
各种总线的对比分析如下表所示，尽管IEEE1394目前还没有被广泛应用，但是其在数字成像领域内的重要作用已经为世人所关注；FDDI和LTPB总线不但都实现了高速化和光纤化，而且是完全的分布式控制模式，且FDDI技术已得到商业领域的广泛应用与验证，较LTPB技术风险小、投资少、研制周期短，但。
