航空电子多路传输数据总线通信系统

航空电子多路传输数据总线通信系统

徐文辉

摘　要　航空电子多路传输数据总线通信系统是嵌入式多处理计算机结构航空电子系统综合的基础。从如何进行通信系统设计的角度出发,分析和描述了航空电子多路传输数据总线通信系统。

关键词　航空电子　多路传输数据总线　系统综合　通信协议

1　引言

航空电子多路传输数据总线通信嵌入式系统(以下简称通信系统)在一条公用通路上通过时分方式传输多路信号,它是多台嵌入式处理计算结构航空电子系统综合的基础,它实现航空电子系统控制和数据传输,通过信息交联实现功能综合。

航空电子多路传输总线通信系统常被称作M IL-STD-1553B总线系统。然而,MIL -ST D-1553B仅规定了通信系统中的物理层和数据链路层,即通信系统中最低的两个通信协议层(并且M IL-STD-1553B也没有规定在一个具体的通信系统中应该如何使用它们)。通信系统实际上还将包括其它的(高层)通信协议层,而通信系统部件也不只是电缆部件和多路传输总线接口板(MBI),它包括总线电缆系统、总线控制器、远程终端、总线监视器等。

本文将叙述通信系统设计的内容和方法,描述如何分析航空电子系统对通信系统的要求;通信系统的物理连接方式;以分层协议概念进行通信系统设计;通信系统部件和模块;与通信功能有关的一些应用任务;通信系统评估和测试验证等。2　系统要求

通信系统主要是为了在航空电子系统中实现一个子系统中的应用向另一个子系统中应用的传送。它的设计起始于对航空电子系统的描述,根据以下几个方面的功能分析和数据传输要求:

(1)连接到总线的航空电子子系统情况:有哪些子系统连接到总线上,子系统的数据通路,余度数据传输通路,子系统功能和设备余度/隔离要求。

(2)航空电子任务情况:航空电子系统功能如何支持系统给定的任务,每一个任务阶段的功能需求,每一种方式的功能描述(数据传输,启动条件等)和任务的时间要求等。

(3)传感器功能:传感器输入信号(包括控制信息),传感器输出给其它航空电子设备的数据,对传感器数据需要作什么处理(计算),传感器余度及余度数据如何使用,与原传感器数据的协调关系,传感器之间的相互关系(一个传感器的输出数据的计算使用了另一个传感器的数据)。

(4)控制和显示功能:作为航空电子系统人机接口的控制显示装置,哪些控制显示

功能与总线数据有关。

(5)其它的航空电子功能:通信系统不仅用于传感器、处理机和控制显示器的综合,还可用于开关位置、执行机构位置、电源控制等的综合。必须对系统中所有用到的数据的应用都加以描述。

此外,对一些子系统专用的离散量,也要建立所需的接口,并加以描述。

3　通信系统

从概念上讲,航空电子综合系统就是一个机载实时计算机网络,综合是计算机联网技术。通信系统设计是航空电子系统设计的主要内容之一。

航空电子系统设计的第一步是航空电子系统的顶层设计,它回答了上一节中的所有问题。航空电子系统顶层设计文件的内容之一是通信系统设计,确定通信系统的物理连接(从而确定了航空电子系统构型),以分层协议概念设计通信系统(通信功能层划分和功能描述)。

顶层设计的又一项内容是基于航空电子系统的分析过程。这是航空电子系统详细设计和航空电子系统接口控制文件(ICD)的产生基础。航空电子系统详细设计描述每一个航空电子过程的触发条件或操作条件,所涉及的子系统的活动,所引起的通信(ICD通信数据块),还包括总线上数据块和数据字的设计原则等。接口控制文件是规范化的航空电子过程数据流。这两个系统设计文件定义了通信系统应用层协议和要被传送的数据。 使用分层协议概念设计的好处是:a.把一个复杂的通信系统从逻辑上分解为若干个较小的、容易理解的部分(层);b.在各个通信功能层之间提供标准接口,包括硬件标准接口和软件程序模块之间的标准接口; c.通信系统中各子系统执行功能的对称性,各个子系统中的相同层执行相同的功能;d.为通信系统设计者、制造者和使用者讨论网络功能的时侯提供一种标准的语言。

多处理计算机结构分布式航空电子系统有两种基本设计方法。一是根据子系统:分析每一个子系统的输入、输出和功能。二是根据过程:从航空电子系统的观点看,航空电子系统的一个过程是系统对于特定输入或事件的响应,是一系列确定的控制和数据的传送,以及激活相应的输出。基于过程分析方法,符合多个处理计算机结构航空电子系统操作的实际情况。

航空电子系统的输入有来自飞机的,如:电源,冷却系统,起落架,燃油,发动机等非航空电子,任务执行部件状态等;来自飞行员的有:任务数据输入,数据修改,目标标定,其它的命令和控制;通过传感器来的有:惯导数据,大气数据,无线电信号(无线电通信、雷达、雷达告警系统、激光定位跟踪系统、红外辐射传感器)等。

航空电子系统输出给飞机的有:飞行控制系统的信息,发动机等非航电子系统的信息;给飞行员的有:导航、通信、识别信息,目标探测信息,外挂与攻击信息,电子战信息,飞行管理信息,故障与告警信息等,以及这些任务信息的综合显示;通过传感器到外界的有:生存系统的操作控制(电子对抗设备工作方式与参数控制,探测设备的控制),无线电信号控制(通信工作方式与参数等)和目标的照射控制(连续波照射和激光照射等)。

4　物理连接

通信系统物理连接方式(也就是拓扑)确定了航空电子系统构型。通信系统设计者建立物理连接方式的原则主要是: a.尽可能提高通信系统可靠性,保证所有的数据流能被准确接收,这要求考虑余度设计,重构能力,以及通信系统维护和发生问题时的故障隔离等;b.响应时间尽可能短,吞吐量尽可能大。 基本连接方式有单层和多层总线结构两

大类:

(1)单层总线结构:在单层总线结构中,所有的终端通过同一根总线互相连接,如图1所示。图中所示的是双余度连接方式,CH1

和CH 2互为余度,MM C 1和MM C 2分别装

有主和余度总线控制器,通常它们是航空电子系统的任务管理分系统。

(2)多层总线结构:

又分为两种基本形

图1　单层通信系统(双余度)结构

式:

a.每一层的控制级别相同,任一条总线相对于其它总线独立地工作;

b .控制级别为层次式按排。

图2示出了双总线双余度通信系统连接方式。A 总线和B 总线的控制级别相同,A1和A 2、B1和B2分别互为余度。图1和图2中,M BI

为多路传输数据总线接口板。

图2　双层通信系统(双余度)结构