数据综合网络总线技术综述及发展趋势展望

王林?韩凯?罗兴科?张霖

摘 要：近年来，总线技术因为具有高带宽、低延迟、高可靠性、控制灵活等特点，已经逐渐成为数据综合网络的核心技术之一。本文简要介绍了总线技术在该领域的应用情况，并对新一代总线技术的发展趋势和在数据综合网络领域的应用前景进行了展望。

关键词：数据综合网络;总线协议;下一代总线技术

随着数据链技术、数据综合网络及高速采集技术在通信领域中的应用，下一代通信系统对高速大容量数据通信和信息过程控制有了更高的需求。目前，总线技术对整个网络内设备高速互连起着至关重要的作用，下一代总线技术具有的开放式结构、模块化与高综合化是数据综合网络发展的必然趋势[1]。

1 总线技术在数据综合网络中的应用

数据综合网络中应用总线技术的目的是实现各子系统之间、模块之间的资源共享、降低介质的质量和复杂性，支持系统过程控制和状态管理，强调信息传输的实时性和可靠性。目前数据综合网络主要应用的总线技术主要包括CAN总线、1553B总线等。

1）CAN总线。CAN总线是国内外各领域应用最广泛的总线之一。CAN总线是一种多主总线，通信速率可达1Mbps，距离可达10km。CAN具有以下优点：（1）CAN可以以多主方式工作。（2）CAN网络上的节点（信息）可分成不同的优先级。 （3）CAN采用非破坏性基于优先权的总线仲裁技术。

其工作原理框图如图1所示。

CAN总线经证实具有实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好、价格低廉等优点。

2）1553B总线。1553B总线的全称为时分制指令/响应多路传输数据总线，具有双向输出特性，实时性和可靠性高，应用广泛。1553B数据总线上连接有三种不同的终端类型：总线控制器（BC）、远程终端（RT）和总线监控器（BM）。BC是总线上执行建立和启动数据传输任务的唯一终端;RT是用户子系统到数据总线上的接口，它在BC的控制下提取数据或吸收数据;BM负责监控总线上的信息传输，完成对总线上数据的记录和分析。1553B总线拓扑结构如图2所示，其传输速率可达1Mbps。

2 下一代总线技术发展趋势展望

总线技术正进入一个技术变革和高速发展期，开放式结构、模块化与高综合化是下一代总线技术的重要特征。一方面，高速数据综合网络的发展和各种新型终端的不断涌现，对总线互连技术提出了更高的要求;另一方面，总线技术的不断进步，尤其是下一代总线的成熟和广泛应用，推动了数据综合网络向更先进的技术方向发展。下面介绍几种下一代总线技术和未来在数据综合网络领域的应用前景。

1）FlexRay总线。FlexRay总线是CAN总线的下一代总线，包括一个控制器部件和一个驱动器部件。控制器部件包括一个主机处理器（CPU）和一个通信控制器（CC），驱动器部件包括一个总线驱动器（BD）和一个总线监控器（BG）[2]。其具有以下几个特点;（1）高速率。FlexRay总线支持两个通信信道，最高传输速率为2*10Mbps。（2）确定性。FlexRay总线可以保证在固定的时隙传输特定的消息。（3）容错性。FlexRay总线提供多个级别的容错功能。

2）IEEE-1394b总线。IEEE-1394技术飞速发展，在计算机网络和工业控制领域有着广泛应用。目前，美国NPOESS和FPT等航天器采用了IEEE-1394b网络进行设备间的通讯[3]。

IEEE 1394b总体性能特点如下：

（1）高度的灵活性：支持热插拔，具有即插即用功能。（2）高度的可扩展性：单一总线最多可连接63个设备。（3）低延迟、实时性好：同时支持等时和异步2种传输模式。

3）空间光纤数据总线SFODB（ Spaceborne FiberOptic Data Bus）。SFODB标准是NASA开发制定的一种下一代总线技术。SFODB可非常灵活支持200Mb/s～1Gb/s的数据传输速率。SFODB还具有容错、高可靠性、低延时、长寿命以及能够适应空间恶劣环境的特点，解决了上一代数据总线不支持大容量实时信号传输的问题[4]。

4）SpaceWire IEEE 1355。SpaceWire是欧洲航天局开发的一种高速的、点对点、全双工的串行总线网络，在错误检测、异常处理、故障保护和故障恢复及时间确定性方面有自己的优势。SpaceWire最高速度可以达到400Mbps[5]。

5）TTEthernet。TTEthernet总线实现了在标准的以太網中高精度的时间同步。TTEthernet作为时间触发网络，可以满足实时应用的需要，同时高传输带宽也可以满足下一代主干网络数据传输的需要[6]。

6）Open VPX总线。VPX标准专门针对VME总线在图像处理、智能信号处理等领域中存在的通信带宽不足的缺陷，进行了创新性的改进和优化，并引入了高速串行总线来替代并行总线，传输带宽得到了有效提升[7]。

3 结束语

随着高速通信技术的发展和数据综合网络技术的进步，总线技术已经不仅仅局限在传统领域，具有开放式结构、模块化与高综合化特征的下一代总线协议将成为未来总线技术发展的重点。在保证可靠性、兼具经济性的基础上，将采用“模块化、组合化、系列化”的设计思路[8]，采用更少的模块组合的同时，提高通信速率将是测量系统总线技术未来一段时间的发展方向。

参考文献

[1]沈学东等.现场总线技术中综述.东北电力科学研究院.

[2]FlexRay Consortium. FlexRay Communications System Protocol Specification Version2.1 [S]， December 2005. Version 2.1 Revision A.

[3]杨威.IEEE 1394总线技术研究[J].科技资讯，2007，08：2-3

[4]IEEE 1393-1999. IEEE Standard for Spaceborne Fiber-Optic Data Bus[S]，1999

[5]Steve Parkes， Chris McClements. The SpaceWire Onboard Network for Spacecraft[C]. Conference and Exhibit， Portland，Or.，28 June 2004.

[6]IEEE 1588-2008.IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems[S].IEEE，2008.

[7]Ji Yujie， Zhang Xiaolin. Research of VPX bus standard and prospects of its application on unmanned aerial vehicles[J]. Computer Measurement & Control. volume：20， issue：4.

[8]王小军，徐利杰.我国新一代中型高轨运载火箭发展研究[J].宇航总体技术，2019，3（5）：1-9.