民用飛機ARINC429總線和ARINC 664總線應用權衡研究

尚洋

【摘 要】日趨復雜的航空電子系統對機載數據總線提出了更高的要求。本文對ARINC429總線和ARINC 664總線進行了簡介，并對ARINC429總線和ARINC 664總線進行了權衡，最終得出：針對新研制的飛機，建議選用ARINC 664總線。

【關鍵詞】機載數據總線；ARINC429；ARINC664

0 引言

機載數據總線技術是計算機網絡技術在航空電子底層的具體實現，決定著飛機性能和航電系統綜合化程度的高低，對現代民用飛機航電系統的設計起著至關重要的作用[1]。在航空領域廣泛使用的ARINC429總線，具有結構簡單、性能穩定，抗干擾性強可靠性高等優點[2]，但其帶寬低，不能滿足日趨復雜的航空電子系統的數據傳輸要求。

現代民用飛機航空電子系統的復雜性及數量不斷增加，對機載數據總線提出了更高的要求，為此，空客公司在商業以太網標準的基礎上建立了新一代的機載數據總線ARINC 664。

ARINC 664總線是伴隨空客A380飛機的研制而發展起來的，ARINC 664 網絡是一種雙余度網絡，其傳輸速度和性能都有了很大的提高[3]。

1 ARINC429總線和ARINC 664總線簡介

1.1 ARINC 429總線簡介

ARINC429總線協議是由美國航空無線電公司制定的工業標準和規范。現今許多的商用飛機使用的是 ARINC429總線標準。此總線標準自1977年發展至今已得到了廣泛的運用，已被證明在要求嚴格安全的應用中是非常可靠的。這種數據總線拓撲出現在波音公司、空客公司以及龐巴迪宇航許多的商用飛機上，例如 B737、B747、A330、A340、CS100、CS300 等。

ARINC 429數據通信系統規定采用單工通信方式，從一個發送器到各個接收器的數據流是單向、不可逆的。如果要求兩個方向都能進行數據傳輸，則每一數據流方向都要用一根獨立的數據總線。數據從一個信息源經由雙絞屏蔽線電纜傳至各數據接收器。ARINC429的通信速度有兩種：高速的100Kbps和低速的12.5Kbps[4]。

1.2 ARINC 664總線簡介

ARINC 664網絡是由工業標準以太網（IEEE802.3）經過適用性改進形成的具有高可靠性的確定性網絡。ARINC 664網絡在傳統以太網高傳輸速率的基礎上，增加了確定性定時機制和可靠的信息傳輸機制。ARINC 664網絡既能夠實現航空電子系統對數據傳輸帶寬的要求，也滿足高實時性、高可靠性的要求。

ARINC 664網絡在構架上與以太網類似，采用端系統和交換機構成星型的拓撲結構[5]。同時，通過交換機之間級聯，可以將一個交換機橋接到其他交換機內部網絡的星形拓撲，從而拓展ARINC 664網絡。

ARINC 664網絡構架如圖1所示，ARINC 664網絡主要包括ARINC 664交換機和ARINC 664端系統兩個部分。

ARINC 664交換機是ARINC 664網絡通信的神經中樞，可以為ARINC 664網絡上的各個端系統提供交換通路以及實現幀轉發功能。與商業以太網交換機不同的是：ARINC 664交換機集成了傳輸數據幀的檢測、過濾與管制功能，采用了靜態路由配置表的方式進行目的端口尋址，以控制端口的尋址時間。

ARINC 664端系統是飛機系統設備與ARINC 664網絡之間的接口部件。ARINC 664端系統嵌入在每個飛機系統設備中，為各子系統和ARINC 664網絡提供了一個數據傳輸接口，將各子系統與ARINC 664網絡連接起來，具有數據封裝、解封裝、流量整形、虛擬鏈路調節、多路調度、完整性檢查和冗余管理等功能，保證了ARINC 664網絡上各子系統之間安全、可靠的數據交換。

ARINC 664網絡每兩個端系統之間通過兩個相互獨立的網絡進行通信（即冗余策略），以此來增強數據傳輸的可靠性。如圖2所示，ARINC 664網絡中，針對每條虛擬鏈路都有兩條獨立的物理路徑，這兩條物理路徑由相互獨立的物理接口、物理鏈路和交換機構成，當其中一個網絡出現故障時，兩個短系統之間仍能夠正常通訊，提高了數據傳輸的可靠性。

圖2 ARINC 664網絡數據傳輸模型

2 權衡研究

以下從傳輸速度、重量、可擴展性、可靠性等幾個方面對ARINC429總線和ARINC 664總線進行權衡分析。

a）傳輸速度

現代航空電子系統的復雜性越來越高，需要傳輸的數據量越來越大，對機載數據總線的帶寬要求更高，ARINC 664總線的傳輸速度為100 Mbps，ARINC429總線的傳輸速度為100Kbps，因此ARINC 664總線能夠更好的滿足新一代民用飛機航電系統對數據傳輸的要求。

b）重量

ARINC429總線是采用單向點對點的傳輸方式進行通信，如果要求兩個設備之間能夠相互發送和接收數據，則這兩個設備之間需要兩根數據總線分別用于發送和接收，與ARINC 664總線的全雙工傳輸方式相比，會導致系統需要大量的布線，因此增加了機身的重量。

c）可擴展性

ARINC429總線是通過直接將發送端與接收端連接起來傳輸數據，如果需要新增設備與原有設備相連，則原有設備需要新增硬件接口并且更改軟件。

ARINC 664 網絡采用端系統和交換機構成星型的拓撲結構，交換機之間可以級聯，實現一個交換機橋接到其他交換機內部網絡的星形拓撲，達到ARINC 664網絡拓展的目的，如果新增設備，不會引起原有設備軟硬件的更改，因此ARINC 664 網絡具有網絡結構靈活、可擴展性強的特點。

d）可靠性

經評估，ARINC429總線和ARINC 664總線都有很高的可靠性。

e）維護性

ARINC 664支持與Internet的通信連接，使得航空電子系統與地面計算機系統的連接更為簡單。

3 結論

ARINC 664總線相比ARINC429總線具有傳輸速度高、可減輕布線重量、可擴展性強的優點，因此對于新研制的民用飛機，建議選用ARINC 664總線。

【參考文獻】

[1]石改輝，張原，李達.全雙工交換式以太網研究[J].信息安全與通信保密，2007（5）：51-55.

[2]張志，翟正軍，姚方圓.基于FPGA的ARINC 664端系統協議芯片的設計與實現[J].計算機測量與控制，2010（2）：422-442.

[3]趙國斌.航空電子全雙工交換式以太網分析[J].中國制造業信息化，2011（21）：61-63.

[4]秦顯忠.ARINC 429數字式數據通信在波音757/767民用飛機上的應用[J].航空電子技術，1989（1）：1-7.

[5]姜麗云.ARINC 664網絡關鍵技術研究[D].西安：西安電子科技大學，2013.

[責任編輯：朱麗娜]endprint