基于總線技術的模塊化設備研究

姜維剛 韋正 王青鋒

摘要：目前，國內外在總線技術的研究和應用上逐步得到發展，國際上存在多種高速數據總線，其中MILSTD-1553B總線、FDDl總線、SFODB總線、lEEE1394總線幾種總線在軍工、航空航天領域應用最多。隨著總線技術的發展和應用，國內外也同步展開了大量的關于模塊化設備的研究，在下一代的電力、通信、交通、航天、軍工等行業必將得到進一步的發展。

關鍵詞：總線技術 接口適配 模塊化設備 動態重組

引言

由于缺乏統一的體系結構設計和接口技術要求標準導致在軍工、航天等行業任務系統設備結構尺寸多樣、互連方式不一、系統難以兼容，在工作環境下的可靠性、維修性、保障性很難保證，嚴重影響了設備的效能發揮和履行使命任務的能力。因此急需頂層規劃指導下，對設備開展模塊化技術研究，在裝備“三化”設計原則指導下，論證提出技術體制先進、覆蓋領域面廣、可操作性強的模塊化設計系列標準，進而指導設備模塊化設計。

設備模塊化有利于實現設備通用、互換，是“三化”的基礎。設備模塊化的設計減少了設備及其備件的種類，提高了設備的可靠性，降低了使用、維護和管理的難度，從而提高了通信裝備的后勤保障能力。

1.國內外研究狀況

1.1國外研究狀況

國外在軍用車輛任務系統模塊化建設方面具有成功的經驗，基本上是采用標準的集成設計體系和模塊化的設備接口。由于現代通信、數字信號處理、計算機和微電子等各種高新技術發展，通信設備的更新速度加快，種類更加繁多，系統更加復雜，從而使部隊對設備的使用、維護和管理變得越來越困難。面對這種新局面，國外軍事通信裝備的決策機構都認為裝備模塊化是解決上述矛盾的一個戰略性舉措。一些發達國家早在20世紀70年代就已經采用了模塊化的設計方法，而英國從60年代后期就應用模塊化概念開發武器系統。美國海軍從70年代開始大力推廣這一技術。目前，國外模塊化技術經過幾十年的發展已被廣泛應用，技術也不斷發展。

1.2國內研究狀況

在軍工、航天、通信等領域單設備研制領域，設備廠家分別在其電臺、交換設備中采用模塊化設計理念，將設備分為若干功能模塊。但目前不同設備、不同模塊還存在接口、結構尺寸不統一等問題。

國內相關機構已開展大量的關于裝備模塊化理論研究，但在“三化”理論研究還沒有得到工程實際驗證，而且目前尚沒有一個統一的標準體系，能夠對設備提供商以及系統集成商的接口標準、物理特性標準、通信體制等進行規范.導致模塊化設計在系統級集成設計領域缺乏指導標準，以及缺乏對任務系統模塊化程度驗證的手段，在這些方面與國外有明顯差距。

2.研究目標、研究內容與關鍵技術

2.1研究目標

目前各領域系統上裝設備模塊化程度為只能同型號設備互換，其接口和結構形式無法滿足任務系統“三化”中模塊化要求，通過模塊化設備研究，進行接口及結構的統一設計，以滿足大容量通信技術及通用化平臺設計要求。實現系統集成層面的設備模塊化，具有統一體系的接口及結構形態，可根據不同任務系統需求，快速更換相應的任務系統設備，達到相應的需求。

2.2研究內容

模塊化設備主要研究內容有：

（1）模塊化設備標準的研究

缺乏相關設備模塊化標準，導致設備外形結構尺寸、接口定義各不相同。通過模塊化標準研究，形成一個統一的標準體系，將設備外形尺寸、接口技術及協議形成統一的標準。

（2）基于通信總線的接口適配技術研究

由于缺乏統一的接口技術要求標準，導致裝備任務系統布局混亂、互連方式不一、系統難以兼容，在戰場環境下的可靠性、維修性、保障性很難保證。通過采用基于IP通信的大容量通信技術可以提升裝備數據交換能力以及實現接口的統一

目前裝備上接口類型眾多，傳輸數據類型也各不相同.導致設備接口各不相同，各型車輛上裝任務系統布局混亂、互連方式不一、系統難以兼容，設備互換性差。

模塊化后裝備上裝設備具備統一的接口，所有設備對外接口形式及協議統一通過統一的接口直接與模塊化箱體組件的背板進行連接，無需再進行別的線纜連接。這就需要模塊化箱體的背板設計能夠適配各種接口協議，統一轉換成IP數據在車內及車際間進行傳輸。

（3）基于通用化平臺模塊化結構研究

通過通用化平臺研究可實現根據不同任務系統需求，快速構建符合要求的裝備，減少承載平臺的品種;實現裝備快速集成及動態重組功能。模塊化后裝備任務系統設備具備統一的接口和結構形態，可根據不同任務系統需求，快速更換相應的任務設備，達到相應的任務需求。

模塊化后設備應能拆分成最小單元模塊，結構形式應滿足模塊化箱體結構形式，如果設備體積無法做到最小的單元模塊，可按最小單元模塊的倍數進行擴展。設備都具備統一的電源接口和信號接口，如下圖1所示。

（4）人機操作界面虛擬化技術研究

裝備上裝任務系統設備應支持統一的管理與實時監控，并人機操作界面虛擬化，通過軟件界面對設備進行操作。現役裝備部分設備可實現在終端上通過軟件的集中管控，但大多數設備還是無法實現，各設備只能在自己單設備的控制面板上進行相應的管理和控制操作。“三化”后裝備人機操作界面虛擬化，可通過控制總線等技術將設備與終端連接，在終端上進行設備的集中管理和控制，降低了操作的復雜程度，也減少了操作人員的工作量。

（5）統一標準的自檢信息、開關機信息及故障代碼上報技術研究

裝備上裝任務系統設備應具備統一標準的自檢信息、開關機信息，故障代碼上報功能。

2.3關鍵技術

2.3.1基于車內通信總線的接口適配技術

現役裝備上裝設備接口類型眾多，參考標準也各不相同。而要實現設備的模塊化，就要做到接口的統一，從接口接插件類型到接口協議都要做到統一標準，只有這樣才能實現設備的互換和動態重組。

目前現役設備接口協議及參考標準眾多，通過采用基于IP通信的大容量車內通信技術可以提升裝備的車內數據交換能力以及實現接口的統一。將任務系統設備所有的接口協議通過總線的接口適配技術轉換成IP數據，然后在總線上進行傳輸。

2.3.2基于通用化平臺模塊化結構

通用化的承載平臺，可根據不同任務系統需求，快速構建符合要求的裝備，減少承載平臺的品種，實現裝備快速集成及動態重組功能。

模塊化后任務系統設備應能拆分成最小單元模塊，結構形式應滿足模塊化箱體結構形式，如果設備體積無法做到最小的單元模塊，可按最小單元模塊的倍數進行擴展。設備都具備統一接口。

2.3.3人機操作界面虛擬化技術

模塊化設備后，通過總線技術將設備連接到終端，所有任務系統設備都可以在終端上通過軟件進行實時監控和管理，通過軟件對設備進行操作。

2.3.4自檢信息及故障代碼自動上報技術

模塊化設備后，設備具備自檢信息、開關機信息及故障代碼自動上報功能，將信息傳輸到虛擬化界面，可以進行實時的監控和管理。

參考文獻

[1]余奇等美軍JTRS通信體系結構的發展研究。科技信，息2009年笫13期。