高速總線的發(fā)展現(xiàn)狀

摘 要：目前高速總線種類繁多，本文針對幾種工業(yè)常用的高速總線，分別介紹了其研究現(xiàn)狀及技術(shù)特點。

關(guān)鍵詞：高速總線；AFDX；ARINC429；MIL-STD-1553B；FlexRay

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

目前的總線種類繁多，汽車行業(yè)中熱門研究的FlexRay總線，航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的MIL-STD-1553B、ARINC429總線，已應(yīng)用在商用大型客機B787，A380中的AFDX總線等等。在眾多應(yīng)用的領(lǐng)域中，總線需要具有高速高效的傳輸數(shù)據(jù)能力，以滿足系統(tǒng)工作的高效和實時性，并在高速傳輸?shù)耐瑫r，具備高可靠性的特點。

一、AFDX總線技術(shù)

（一）研究現(xiàn)狀

AFDX總線技術(shù)是目前航空機載設(shè)備交換式網(wǎng)絡(luò)的代表，也是近年來大型飛機航空機載設(shè)備首選的總線通信網(wǎng)絡(luò)。隨著大飛機項目引入國內(nèi)，各種基于AFDX總線技術(shù)的設(shè)備研制正加速展開，雖然國外對AFDX總線技術(shù)有著較為成熟和系統(tǒng)的測試技術(shù)，但僅限于物理層和網(wǎng)絡(luò)層，如何實現(xiàn)機載設(shè)備的功能和性能測試成為國內(nèi)目前AFDX研究的主要領(lǐng)域[1]。

（二）AFDX總線技術(shù)特點

AFDX的傳輸速率高，帶寬可達100MHz；具有雙冗余備份網(wǎng)絡(luò)，可以在某一網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，仍能正常通訊；虛擬鏈路技術(shù)替代了數(shù)目眾多的單向傳輸總線，減少了電纜重量和連接器數(shù)量；終端子系統(tǒng)數(shù)量不受限，很容易滿足增加子系統(tǒng)的需求；通過已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)用途的以太網(wǎng)技術(shù)進行開發(fā)，在很大程度上縮短了開發(fā)周期和生產(chǎn)成本。

二、ARINC429總線

（一）研究現(xiàn)狀

ARINC429總線目前應(yīng)用非常廣泛，在很多先進的民航客機上都應(yīng)用了ARINC429總線，比如A310、A320、B737、B757等；俄制軍用飛機也采用類似技術(shù)，我國與之對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是HB6096-SZ-01。ARINC429在軍事領(lǐng)域也有極大的應(yīng)用，例如導(dǎo)彈、雷達等領(lǐng)域。近幾年國內(nèi)對ARINC429設(shè)備的研發(fā)能力日益成熟，具有相應(yīng)的成熟版本的測試設(shè)備，但性能不夠穩(wěn)定，很有必要研制出低成本高性能的ARINC429通信總線。

（二）ARINC429總線技術(shù)特點[2]

ARINC429總線技傳輸速率較低，僅100KB/s；為使消息有序傳輸而不碰撞，只能使一個信源連接一條總線，因此傳輸可靠性較高的同時，增加了電纜線重量和連接器重量，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；終端數(shù)量受到限制，一個發(fā)送機只能連接20個接收機，造成總線擴展上的困難；國外針對ARINC429的通信卡性能出色，功能強大，但結(jié)構(gòu)不靈活，造價昂貴，而國內(nèi)自研的總線雖然成本相對降低，但硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能不穩(wěn)定。

三、MIL-STD-1553B總線

（一）研究現(xiàn)狀

MIL-STD-1553B總線是為滿足軍用測試領(lǐng)域的特殊需求而產(chǎn)生的，已被世界性的利用在戰(zhàn)斗機、坦克、輪船、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和國際空間站上。我國的GJB289A-97軍用標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)MIL-STD-1553B總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的，殲8、殲10和殲11等戰(zhàn)斗機的火控系統(tǒng)都采用了1553B總線，另外，軍艦、衛(wèi)星等內(nèi)部電子設(shè)備之間的通信也普遍使用該總線。目前，該總線技術(shù)不斷改進，開始推出基于不同傳輸介質(zhì)的協(xié)議，如基于光纖介質(zhì)的MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率可達到10Mbps[3]。

（二）1553B總線技術(shù)特點

1553B總線實時性好，對于命令響應(yīng)時間、消息間隔時間以及每次消息傳輸?shù)淖畲蠛妥钚?shù)據(jù)塊的長度都有嚴(yán)格限制，較適用于分系統(tǒng)之間控制指令的傳輸；數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mb/s，基于光纖介質(zhì)的可達到10Mb/s；集中式的時分串行總線，采用分布處理，集中控制和實時響應(yīng)，采用雙冗余系統(tǒng)，保證了良好的容錯性和故障隔離，可確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院屯ㄐ诺墓收咸幚恚粐鴥?nèi)外發(fā)展已經(jīng)成熟，產(chǎn)品形式多樣，一般都能實現(xiàn)1553B總線的功能，并有豐富的接口與子系統(tǒng)相連，根據(jù)用戶需求靈活開發(fā)通信模塊；但開發(fā)成本較高。

四、FlexRay總線

（一）研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

FlexRay是下一代汽車應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足汽車安全要求的可靠性指標(biāo)。目前BMW、Motorrola、NXP、BOSCH等企業(yè)選用FlexRay作為線控網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。FlexRay總線的硬件市場目前比較豐富，極大推動了該總線應(yīng)用于實際車輛的進程，各半導(dǎo)體廠商僅提供一個FlexRay協(xié)議的基礎(chǔ)實現(xiàn)平臺，其總線網(wǎng)絡(luò)管理、總線網(wǎng)絡(luò)配置、靜態(tài)段與動態(tài)段時間長度設(shè)置等問題，仍需要大量研究工作[4]。

（二）FlexRay總線技術(shù)特點

FlexRay總線傳輸速率較高，可達10Mb/s；提供了兩個消息傳輸通道，大大提高了通信的可靠性，此外總線監(jiān)護器的存在進一步提高了通信的可靠性；支持星型、總線型、混合型多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實際應(yīng)用需要設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)載荷長度；基于時間觸發(fā)和事件觸發(fā)的高速通信總線標(biāo)準(zhǔn)，通過全局時間來實現(xiàn)分布式時鐘同步與容錯控制，通信具有周期性，可以保證信息在一個已知的時間內(nèi)到達。

五、結(jié)束語

綜上所述，工業(yè)上的高速總線具有不同的技術(shù)特點，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域時，可根據(jù)實際需要的實時性，傳輸速率，可靠性，靈活性，開發(fā)成本等綜合考慮選擇何種總線。

參考文獻：

[1]何曄.AFDX航空通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究及FPGA實現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]華慶明.基于FPGA的ARINC429PCI通信卡的設(shè)計[D].哈爾濱理工大學(xué)，2011.

[3]毛連貴.LXI1553B總線通信模塊設(shè)計[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

[4]王鍇，王宏.下一代車載網(wǎng)絡(luò)FlexRay及其應(yīng)用研究[J].計算機工程與應(yīng)用，2008.

[作者簡介]竇丹丹（1986.12-），女，助理工程師，碩士，研究方向：嵌入式軟件設(shè)計及總線通信協(xié)議研究；李曉（1987.03-），女，助理工程師，專科，研究方向：軟件設(shè)計及稱量設(shè)備通訊協(xié)議研究。