科技創新淺談1394總線技術

張雪園

摘?要：針對目前應用在航空電子系統的1394總線技術進行簡要的介紹，包括1394總線的傳輸特點、總線結構、1394協議，以及提高IEEE-1394b總線確定性和可靠性的方法。

關鍵詞：航空電子系統;1394總線;IEEE-1394b

1 1394總線概述

1.1 1394總線簡介

蘋果公司最初提出的IEEE 1394為一種高速串行總線，又被稱為火線技術（FIRE WIRE）。電氣與電子工程師協會（IEEE）在1995年，正式頒布了第一個IEEE1394總線標準。該標準定義了數據的傳輸協議、連接系統等，具有能夠實現采用較低的成本獲取較高性能的優點（如可增強打印機、掃描儀、硬盤與視頻電話、數碼相機等的連接能力），從而被工業領域廣泛應用[1]。

欲將1394總線應用于航空、航天領域，首先得滿足低延遲、具有確定性和高可靠性等要求。美國機動工程師協會（SAE）對IEEE1394總線標準的局部做了約束和限定，使之成為能夠滿足航空、航天領域應用的總線標準。目前，1394總線已成功應用于洛克希德-馬丁公司的美國聯合戰斗機（JSF）項目;國內也意識到傳統的ARINC429、MIL_STD_1553B等總線難以滿足日趨復雜的航空航天系統，1394總線在航空、航天系統領域的應用會更加廣泛。

1.2 1394總線發展歷程

IEEE1394-1995：最初由Apple公司提出，由IEEE正式制定;支持速率100/200/400Mbps距離最遠達4.5米。

IEEE1394a-2000：對IEEE-1394標準進行補充;互操作性和性能增強;解決了一些二義性問題;提供更快的仲裁和總線復位速度。

IEEE1394b-2002：提供一種新型的連接模式;增加了傳輸介質的類型;對仲裁和故障容錯進行了改進;延長了距離;向后兼容1394a;速度提高到S800、S1600，并支持未來協議構架S3200[2]。

IEEE1394-2008：在綜合了IEEE1394-1995，IEEE1394a-2000和IEEE1394b-2002標準的基礎上，糾正了大量的錯誤（比如S1600的數據傳輸率等），增加了Beta Plus PHY-link接口的規范、UTP PMD規范和S3200操作規范，明確S1600和S3200的操作，并對重建網絡拓撲（總線復位后）的方法提供了指導思路。

SAE AS5643（MIL-1394b）在2004年由SAE提出。該規范的主要作用是保障MIL-1394b能夠滿足在航空航天領域應用的確定性、延遲性和高可靠性要求，即確保MIL-1394b能夠在航空航天領域中的任務關鍵、安全關鍵系統中使用。

1.3 總線拓撲結構

1394總線拓撲結構由CC、RN、BM等組成。其中CC是網絡中的根節點、具有循環控制器、等時源管理器和總線管理器功能;RN為遠程節點;BM為總線監控器，監控總線行為及傳輸數據;中繼器可完成總線速率匹配及距離擴展;1394線纜為物理通信媒介，是網絡信號傳輸的載體;連接器包括模塊連接器和線纜連接器，模塊連接器連接在模塊端口上;線纜連接器提供1394線纜之間的連接接口，實現不同子系統的中轉接口。

1394總線具有速度快、傳輸距離遠、能夠實現點對點傳輸、具有確定性和實時性和支持“熱插拔”等特點：

（1）速度快：

a.1394a支持3種數據傳輸率，分別為100Mbps、200Mbps和400Mbps;

b.1394b支持5種數據傳輸率，分別為100Mbps、200Mbps、400Mbps、800Mbps和1600Mbps;

如果使用光纖，最高傳輸速率可達3.2Gbps。

（2）點對點傳輸：1394總線的結構保證了所有設備在總線上的地位是一樣的，即當2個1394設備需要進行數據之間的交互時，這兩個設備之間直接能進行點對點的數據傳輸而不再額外需要主機的參與，從而主機的負載不會增加。

（3）傳輸距離長：1394b最大傳輸距離可達100米（此時的傳輸速率將會降低到100Mbps，因為傳輸距離的提升是以降低速率為代價）。

（4）確定性：支持“請求-應答”方式的異步操作。

（5）實時性：支持“等時同步-多播-無應答”方式的等時操作。

（6）支持“熱插拔”：可實現即插即用，自動建立總線拓撲結構。

2 1394總線系統構建

總線系統的構成如圖1所示。其中，應用層，主要完成應用軟件接口;串行總線管理，主要完成總線管理（BM）和等時資源管理（IRM）;事務層，主要完成讀、寫和鎖定事務;鏈路層，主要實現周期控制、數據包的接收和發送;物理層，主要總線初始化、編解碼、仲裁和介質接口;IEEE1394物理接口，硬件實現部分。

1394標準之間的關系如圖2所示，包括SAE AS5657、SAE AS5643、SAE AS5643/1、SAE AS5706、SAE AS5708等。其中，SAE AS5643是在IEEE-1394b的基礎上增加了航空應用的物理電纜的電氣特性和操作要求。SAE AS5643是航空/航天領域應用數據傳輸網絡的總線標準。

3 結語

1394總線相比傳統的MIL_STD_1553B總線和ARINC429總線等，具有數據傳輸量高、可靠性高、組網方式靈活等優點，能夠滿足日趨復雜的航空/航天系統對機載總線的需求。本文概括了1394總線的傳輸特點、總線拓撲結構、總線系統的構建，以及提高1394b總線確定性和可靠性的方法，可為后續1394總線在航空電子系統的應用實施提供指導。

參考文獻：

[1]徐璐璐.基于AS5643協議光纖接口卡的研究與實現[J].西安電子科技大學碩士論文，2018.

[2]張少鋒.基于AS5643協議的Mil-1394仿真卡設計與實現[J].計算機技術與發展，2013.

[3]IEEE Std 1394a-2000，IEEE Standard for a High Performance Serial Bus— Amendment 1[S].2000.

[4]IEEE Std 1394b-2002，IEEE Standard for a High-Performance Serial Bus—Amendment 2[S].2002.

[5]IEEE Std 1394c-2006，IEEE Standard for a High-Performance Serial Bus— Amendment 3[S].2006.

[6]SAE AS5643A，IEEE-1394b Interface Requirements for Military and Aerospace Vehicle Applications[S].2006.