本文將針對IEEE1394、FDDI、LDPB及SpaceWire等部分中高速數據總線技術進行詳細介紹。


1.

IEEE1394總線




IEEE1394是由IEEE制定的一種高性能串行總線標準，又名火線(FireWire)。IEEE

1394協(xié)議分為1394a、1394b等，其中1394b可支持高達3.2

Gbps傳輸速率，并支持光纖傳輸。IEEE1394作為商用總線，近年來發(fā)展迅速，不僅在工業(yè)和測控領域被廣泛應用，而且已經逐步深入到航空航天及軍事應用領域。


基于1394b的光纖總線系統(tǒng)具有計算能力強、吞吐量大、可靠性高、易于擴展、維護方便、且支持點對點通信、廣播通信及支持熱插拔等優(yōu)點，為多模態(tài)傳感系統(tǒng)、在線實時檢測和視頻圖像傳輸提供了廣闊的空間。


因此，基于1394b光纖總線的軍事應用，對于提高武器系統(tǒng)打擊精度、機動性和快速性具有重要意義。IEEE1394b已經使用在軍用飛機上，并作為F22猛禽戰(zhàn)機上的視頻總線，同時也在F35上有所使用。


2.

FDDI總線



光纖分布式數據接口(

FDDI:

Fiber

Distributed

Data

Interface)

高速總線由美國海軍研究中心提出,由美國國家標準局（ANSI）于1989年制定的一種用于高速局域網的MAC標準。FDDI是一種按令牌協(xié)議傳輸信息、實現分布式控制、分布式處理的光纖介質總線網絡系統(tǒng)?！傲钆啤笔且粋€特別定義的信息幀，只有令牌明確尋址的終端才可在總線上發(fā)送信息，對總線上每個終端都給定一個握有令牌的時間期,在終端握有令牌的時間期內,

終端主控工作,

可發(fā)送信息給其他終端。


FDDI傳輸速率可達100Mbps，FDDI具有傳輸速率高、傳輸距離長、覆蓋范圍大、可靠性高、安全性高、支持可動態(tài)分布傳輸的特點，因此在上世紀90年代作為先進的光纖組網技術得到了發(fā)展與應用。FDDI主要用于海軍作戰(zhàn)系統(tǒng)，已經應用于艦載作戰(zhàn)情報指揮系統(tǒng)（C3I）的海軍第三代ZKJ-7上，并且還應用于國際空間站中。


3.

LTPB總線技術



LTPB(LinearToken

Passing

Bus)是由國際自動機工程師學會（SAE

International）制定的軍用數據總線，定義了令牌消息、站管理消息、數據消息三種消息類型，其數據傳輸速率為50Mbit/s，最多可連接128個終端，消息最大長度為4096個字。從物理上看，LTPB是星型拓撲結構，易于監(jiān)控網絡上信息的傳送及整個網絡的狀態(tài)，從邏輯上看，它按站點地址遞增順序形成環(huán)型拓撲結構。


線性令牌傳輸數據總線(

LTPB)采用令牌傳輸協(xié)議,不需總線控制器,實現了真正的分布式控制、分布式處理。LTPB總線技術采用光纖傳輸介質,具有很強的抗電磁干擾能力，其傳輸總線為廣播式總線。


LTPB對應的標準為SAE

AS4074.1，應用于RAH-66、F-22“猛禽”第4代戰(zhàn)斗機中。


4.

SpaceWire總線



SpaceWire是歐洲航天局開發(fā)的一種高速、點對點、全雙工的串行總線網絡，以IEEE1355-1995

和LVDS

兩個商業(yè)標準為基礎，汲取了1394技術、ATM技術、以太網技術的優(yōu)點，同時考慮了空間應用的特點，在故障檢測與時間確定性方面做了加強。SpaceWire最高速度可以達到400Mbps，是目前在航天領域應用較廣泛的高速數據總線，已成功應用于火星探測器“Mars

Express”項目、彗星探測器“Rosetta

Spacecraft”項目和地球環(huán)境遙感衛(wèi)星“Cryosat”項目等。


SpaceWire采用點到點連接的結構，在同一網絡中可以同時使用多條總線，其網絡拓撲具有很高的自由度。SpaceWire得到較廣泛的應用不僅是由于它是一種簡單、可靠、低功耗數據傳輸技術，另外他也采用了符合當前數據傳輸發(fā)展方向的包交換技術。相比與CSMA/CD以太網、IEEE1394等總線型數據傳輸技術中數據速率不可能超過連接性能的情況，其優(yōu)點是網絡中節(jié)點的增加不會導致節(jié)點可用帶寬的降低，為系統(tǒng)的擴展提供了充分的余地。


SpaeceWire網絡是一種正在不斷發(fā)展、完善中的高速數據傳輸技術，新的補充協(xié)議加入到協(xié)議簇中，新的應用產品也不斷出現。這種采用交換機制的高速串行全雙工技術為載荷數據處理系統(tǒng)向低功耗、可靠、可重用新結構的發(fā)展提供了有效的手段。


5.

中高速數據總線對比


各種總線的對比分析如下表所示，盡管IEEE1394目前還沒有被廣泛應用，但是其在數字成像領域內的重要作用已經為世人所關注；FDDI和LTPB總線不但都實現了高速化和光纖化，而且是完全的分布式控制模式，且FDDI技術已得到商業(yè)領域的廣泛應用與驗證，較LTPB技術風險小、投資少、研制周期短，但100Mbps的傳輸速率也越來越不能滿足更高速的數據傳輸；從歐美對這些高速總線的應用與研究情況來看，航天領域尤其深空探測領域使用較多的高速總線是SpaceWire總線，但傳輸距離較短，最大只有10米。



6.

結語


航空航天電子系統(tǒng)選用數據總線的基礎是該總線標準是否滿足系統(tǒng)的通信速率、可靠性、抗干擾、兼容性、可擴展等要求。本期詳細介紹了IEEE1394、FDDI、LDPB、SpaceWire等部分高速航空航天數據總線，并對所介紹中高速數據總線進行了對比分析。高速航空航天數據總線技術是滿足未來航空航天任務需求的重要技術手段。