总线技术在民用飞机上的应用研究

时间：2024-05-20

房海涛

上海飞机设计研究院，上海 200436

总线技术在民用飞机上的应用研究

房海涛

上海飞机设计研究院，上海 200436

随着飞行器电子系统综合程度的不断提高，系统功能和设备数量的不断增强和扩大，各组织先后提出一系列的数据总线规范。总线技术的发展已经成为民用飞机最为关键的技术之一。本文首先介绍几种典型的机载数据总线，然后综述了总线技术在机载设备数据通讯和数采测试系统中的应用，最后展望下一代民机总线技术的发展趋势。

.民用飞机；机载总线；数采系统

0 引言

从波音737到空客380和波音787，民用飞机电子系统的综合程度已经逐步达到一个前所未有的水平。而数据总线已成为实现机载电子设备信息综合、功能综合的关键所在。数据总线作为航空电子综合系统不可分割的组成部分，已渗透溶合于整个系统之中。数据总线性能的好坏直接影响到整个综合程度的高低和系统综合能力的优劣[1]。

民用飞机总线技术的目的是实现各子系统的模块设备之间的交联，使其达到信息和资源的共享，信号和数据的交换。其主要特点是：满足飞机各系统之间数据通道的高带宽、高实时性、高可靠性的要求。

1 总线介绍

1.1 CSDB总线

CSDB总线是由罗克韦尔柯林斯制定的航空电子设备间互连的单向广播式异步串行总线标准，被广泛应用于客机、运输机等设备之间的互联通信。

CSDB可以构成单信源、多接收器的传输系统，总线数据采用全双工差分方式传输，信号的数据格式为异步串行通信格式。CSDB总线传输波特率为12.5Kb/s。

1.2 ARINC429总线

ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会于1977年7月提出的。协议标准规定了航空电子设备及有关系统间的数字信息传输要求。ARINC429广泛应用在先进的民用飞机中，如B-737、B757、B-767。

ARINC429总线结构简单、性能稳定，抗干扰性强。最大的优势在于可靠性高，这是由于非集中控制、传输可靠、错误隔离性好。ARINC429特点是：1）单向传输，在两个通信设备间需要双向传输时，则每个方向上各用一个独立的传输总线，信息分发的任务和风险不再集中；2）驱动能力：每条总线上可以连接不超过20个的接收器。由于设备较少，信息传递有充裕的时间保证；3）传输速率：分高低两档，高速工作状态的位速率为100Kb/s。系统低速工作状态的位速率应用在12Kb/s～14.5Kb/s范围内。选定内容后的位速率其误差范围应在1%之内。高速率和低速率不能在同一条传输总线上传输；4）同步方式：传输的基本单位是字，字同步是以传输同期间至少4位的零电平时间间隔为基准，紧跟该字间隔后要发送的第一位的起点即为新字的起点。

1.3 ARINC629总线

ARINC629总线由波音公司于1977年开始开发，10年后被确立为航空电子工业数字通信标准。由于它具有能灵活配置且灵活发送和接收的特性，被波音公司应用在B777上。

ARINC629标准定义了一套完整的数字通信协议，它有一条线性总线和并行连接在总线上的多个子系统组成。ARINC629总线为线型拓扑结构，其传输速率为2MB/S，在总线上连接的每个子系统都是通过其内部的一个能够完成系统连接的终端耦合器耦合到数据总线上，子系统间的传送和接收必须遵循同一个协议标准。ARINC629总线通讯采用全双工模式，既允许系统进行广播式通讯，也允许子系统之间的点对点通讯。

与ARINC429相比，ARINC629最大的优点在于它支持多端全双工通信，且不需要专门的总线控制器来控制传输，总线上的每一个终端同时具备发送和接收功能，对总线的访问控制是由所有参与传输的终端完成，通过初始化配置可决定每个终端的传输顺序。图1给出这两种总线的结构体系。

图1 总线结构体系

2 总线应用

2.1 机载设备互联

综合化航空电子系统结构的特点是，系统共享综合处理器，并通过高速数据传输总线将航空电子系统，包括航电系统、飞控系统、电源系统、发动机控制、起落架系统、中央维护管理、显示监控管理等互联成一个综合的网络。

由于民机的复杂性，各个系统之间必然会有交联。总线技术就可应用于机载设备之间的互联，通过统一的总线接口传输数据，能够实现系统容错、重构和信息共享。并且，数字总线传输具有较高的带宽，较小的重量和体积，更好的电隔离性，大大的提高了抗电磁干扰能力，同时也加强了数据传递的保密性。所以，通过航空数字总线完成机载设备间的信息传输及信息共享是目前应用最为普及的技术。

随着光电技术和电子技术的进一步发展，新的总线标准也相应制定，以适应民用飞机的发展需要。例如B787采用了体积更小，以及更实时、高效、安全和可靠的通信网络-航空以太网，全机的机载设备通过虚拟网络的互相联接，可不受物理位置的限制，达到更高层次的全机资源共享[2]。