Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１５Ｖｏ１．４６Ｎｏ．３（ｓｅｒｉａｌＮｏ．１６１） 航空电子技术 ＡＶＩＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ ＭＩＬ．１３９４ｂ总线的确定性 任齐凤 ，楼俊荣 ，贺轶斐 （１航空电子系统综合技术重点实验室，上海２００２３３；２中国航空无线电电子研究所，上海２００２４１；３总参陆 航部驻上海地区军事代表室，上海２００２３３） ［摘要］ 本文简要介绍了１３９４总线、１３９４ｂ标准以及ＭＩＬ一１３９４ｂ总线，分析了１３９４ｂ总线中异步事务对基 于循环开始包的等时传输的影响，存在延迟和延迟抖动，满足不了航空航天飞行器数据总线所需要的确定性和 数据完整性；进一步详细阐述了ＡＳ５６４３Ａ协议保证ＭＩＬ一１３９４ｂ总线确定性的依据：基于１３９４ａ标准定义的异 步流利用ｌ３９４标准的强制根节点能力和１３９４ｂ标准的回路自动检测／断开特征，结合匿名消息头ＡＳＭ格式，建 立基于帧开始包ＳＴＯＦ的固定帧率同步机制，预先配置网络拓扑，同时静态分配通道号和带宽采用垂直奇偶校 验ＶＰＣ打造一种ＴＤＭＡ风格的数据总线，保证了ＭＩＬ．１３９４ｂ总线用作航天航空飞行器数据总线所需的确定性。 ［关键词］ 帧开始包；匿名消息头；垂直奇偶校验 ［中图分类号］ＴＰ３３６［文献标识］ＥＡ＇Ｊ］Ａ［ＤＯＩ编码］１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１００６—１４１Ｘ．２０１５．０３．０８ ｆ文章编号１１００６．１４１Ｘ（２０１５）０３＿ｏ０３４＿０６ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｍ ｏｎ ＭＩＬ．１ ３９４ｂ Ｂｕｓ ＰＥＮ Ｑｉ．ｆｅｎｇ ，ＬＯＵ Ｊｕｎ—ｒｏｎｇ ，ＨＥ Ｙｉ—ｆｅｉ （１ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ Ａｖｉｏｎｉｃｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３３，Ｃｈｉｎａ ２ Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｒａｄｉｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２４ １，Ｃｈｉｎａ； ３．Ａｒｍｙ ＡｖｉａｔｉｏｎＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｏｆｉｃｅ，Ｇｅｎｅｒｆａｌ Ｓｔａｆｆ，ＰＬＡ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｂｒｉｅｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ １ ３９４ ｂｕｓ，１ ３９４ｂ ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ ＭＩＬ一１ ３９４ｂ ｂｕｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｄｅｌａｙ ｖａｉｌａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｙｃｌｅ Ｓｔａｒｔ ｐａｃｋｅｔ．Ｕｎｆｉｎｉｓｈｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｐａｃｋｅｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ＩＥＥＥ一１３９４ｂ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｕｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅｔｅｒｍｉｆｎｉｓｍ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｐａｃｅ ａｎｄ（ｏｒ）ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ＡＳ５６４３Ａ ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｍ ｆｏｒ ＭＩＬ—ｌ ３９４ｂ ｂｕｓ ａｎｄ ｔｈｉｓ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓｔｒｅａｍ ｐａｃｋｅｔｓ ｄｅｆｉｎｅｄ ｂｙ ＩＥＥＥ．１ ３９４ａ． ａ ｆｉｘｅｄ ｆｌａｍｅ ｒａｔｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ａ Ｓｔａｒｔ Ｏｆ Ｆｒａｍｅ ｐａｃｋｅｔ，ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｐａｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ，ｓｔａｔｉｃ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ ｃｈａｎｎｅｌ ｎｕｍｂｅｒｓ，ｐｒｅ—ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ Ａｎｏｎｙｍｏｕｓ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ，ａｎｄ ＴＤＭＡ—ｓｔ）ｒｌｅ ｐａｃｋｅｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｒｔ ｏｆｆｒａｍｅ（ＳＴＯＦ）；ａｎｏｎｙｍｏｕｓ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｍｅｓｓａｇｉｎｇ ｒＡＳＭ）；ｖｅｒｔｉｃａｌ ｐａｒｉｙ ｔｃｈｅｃｋ（ＶＰＣ） １３９４ａ－２０００［２］１ １３９４总线 ＩＥＥＥ．１３９４系列标准 （１３９４－１９９５￣”、 、１３９４ｂ－２００２［３］等）定义了一种高速串行 总线。每条总线最多允许有６３个节点，通过总线桥可 连接１０２３条总线。节点是可独立复位和识别的寻址实 ＭＩＬ．１３９４ｂ总线的确定性任齐风等 ２０１５年９月第４６卷第３期（总第１６１期） 体，支持背板和线缆环境：背板环境下其物理拓扑为 多跳总线；线缆环境下其物理拓扑为具有有限分支和 长度的非闭环树形网络。１３９４总线遵循ＣＳＲ体系结构 ６４位固定寻址方式，对外表现为—个庞大的存储空间， 每个节点占用某段地址空间。１３９４总线采用多层协议： 事务层、链路层、物理层以及总线管理层；总线管理 层由总线管理器、节点控制器及等时资源管理器 （ＩＲＭ：Ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓ ＲｅｓｏｕｒｃｅＭａｎａｇｅｒ）组成，用于配 ＡＳ５６４３规范包含两个标准：ＡＳ５６４３／１［６】和 ＡＳ５６４３Ａｔ７１。ＡＳ５６４３／１标准主要描述电气接口及线缆 等物理层的内容，明确包含端接形式、线缆需求、总 线隔离和链接信号等方面的内容；ＡＳ５６４３Ａ规范建立 １ ３９４ｂ总线作为军用和航空航天飞行器数据总线网络 的需求，定义网络操作概念和信息流，指定数据总线 特征、数据格式和节点操作等基本要求来保证其确定 性和容错 。本文针对ＡＳ５６４３Ａ提供的确定性进行 置总线并管理总线节点的活动。１３９４总线可构造对等 阐述。ＡＳ５６４３Ａ规范定义两类总线节点：控制计算机 网络，节点间不需主机干预即可直接通信。’新设备加 （ＣＣ：ＣｏｎｔｒｏｌＣｏｍｐｕｔｒｅ）节点和远程节点（Ｉ ：Ｒｅｍｏｔｅ 入时总线自动进行总线复位、初始化、速度协商、树 Ｎｏｄｅ），ＣＣ节点是各数据总线的根节点、循环控制器 标识和自标识等配置活动，广泛应用于数字化消费类 （如果使用）和总线管理器。 产品的音视频的实时传输。 ＭⅡ，ｌ３９４ｂ总线在Ｆ－３５飞机上的成功应用证明了 ２ １３９４ｂ标准 其确定性和容错性，越来越多的飞行器在飞行佑 务关 键系统采用ＭＩＬ－１３９４ｂ总线组网，替代已过时的 １３９４标准和１３９４ａ标准定义的数据选通模式（ＤＳ： ＭＩＬ－ＳＴＤ一１５５３、删Ｃ４２９等总线，并有可能替代 Ｄａｔａ．Ｓｔｒｏｂｅ）是一种时钟白恢复的简单编码方案，有固 ＡＲＩＮＣ６６４Ｐ７／ＡＦＤＸ，ＦＣ．ＡＥ和ｒｒＰ，未来军用飞行 有非直流平衡特性，传输过程中累积偏移很难维持数 器也有可能使用该总线。美国海军的Ｘ－４７Ｂ无人空战 据．选通的时序，限制了传输速率（１００／２００／４００ Ｍｂｐｓ） 系统演示计划中该总线是飞行器管理系统打造高可靠 和传输距离。１３９４ｂ标准在兼容１３９４和１３９４ａ的ＤＳ 网络骨干：ＮＡＳＡ正在考虑将该总线用到“猎户座” 模式外还定义了一种全新工作模式—Ｂｅｔａ模式，Ｂｅｔａ 载人火星探测器和其他有人和无人飞行器上。 模式采用８Ｂ／１０Ｂ编码、支持直流平衡传输、实现仲裁 ４ １３９４ｂ总线的确定性 加速、改进复位速度，使１３９４ｂ总线具有更高的数据 完整性（小于１０ ），支持更高的数据传输速率 １３９４总线提供等时事务和异步事务。异步事务在 （４００／８００／１６００ Ｍｂｐｓ）和更长的传输距离，这说明 公平仲裁期间使用６４位地址寻址某—特定节点，通过 １３９４ｂ总线具备构造网络的基本条件。ｌ３９４ｂ还具有自 接收方的ＣＲＣ校验及响应子事务来验证数据传输的 适应、回路断开等特征支持更多互连介质，如光纤和 正确性，至少占总带宽的２Ｏ％；为增强数据传输的实 非屏蔽双绞线。 时性，等时事务采用向ＩＲＭ申请信道和带宽的方式获 ３ ＭＩＬ．１３９４ｂ总线 取总线控制权，无需对数据传输进行确认，至多可占 用８０％的总线带宽。 Ｆ－３５闪电１／联合攻击机采用１ ３９４总线作为飞行 循环开始包是等时传输的帧同步信号。循环控制 器管理系统的通信网络，众多远程接口单元通过１３９４ 器以固定的循环周期（１２５ ｌａｓ或８ ｋＨｚ）广播循环开始 总线与通信系统、武器系统、发动机控制及飞控系统 包，等时传输基于循环开始包所确定的固定帧率进行， 互连，这是１３９４总线首次作为飞行庇务关键系统数 维系着整个总线的公共时钟源，各节点基于循环开始 据总线应用于航空航天飞行器。１３９４ｂ标准本身无航空 包来初始化并接收等时事务；循环开始包的优先级高 数据总线所需的特征：有保证的确定性。基于Ｆ．３５上 于异步事务，保证紧跟其后的等时事务在相同时间内 １３９４ｂ总线应用的要求和成果，ＳＡＥ组织提出一个确 传输并在固定的时间间隔内循环，以获得恒定的总线 定的、延迟受控的通信协议，即ＡＳ５６４３规范，定义 带宽。循环开始包仅能广播到本地总线以维持本地总 了一种有确定性保证的总线，称为ＭＩＬ－１３９４ｂ总线。 线上节点等时事务的同步，且产生循环开始包的循环 Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１５Ｖｏ１．４６ Ｎｏ．３（ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１６１） 航空电子技术 ＡＶＩＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯ Ｑ 控制器在链路层实现，不受应用软件管理，难以保持 多条冗余总线上所有节点的全局同步。 同一通道号传输多个异步流，适用于无延迟保证要求 的广播和多播应用。 异步流与等时数据包格式相同，包括包头、数据 段以及数据ＣＲＣ校验，其中包头由物理层插入，ＣＲＣ 由链路层硬件自动产生。数据段的字节数不能超出分 配给异步流的通道带宽；如果数据长度不是四倍数， 发起节点用００ 将数据段填满。ＡＳ５６４３Ａ规范对异步 流所定义的字段进一步做了约束，同时在异步流数据 段中应用ＡＳＭ协议，将异步流数据段分为ＡＳＭ包头、 若异步数据包的传输不能在一个循环周期内完 成，循环开始包则会延迟产生，进而导致等时传输延 迟启动。虽然总线的仲裁机制保证延迟不会超出１２５ №，但各循环周期期间的异步事务数据包传输都可能 不一致，使延迟存在抖动。应用经 ８Ｊ表明，相对于 １２５ ｌａＳ的循环周期，这些延迟和延迟抖动会对航空航 天飞行器网络的确定性产生通常无法接受的 Ｊ重要影 响。１３９４ｂ总线的其他一些特征也对其确定『生有影响， 例如等时和异步事务的动态带宽分配、根节点的重新 选择、通道号的动态分配。 总之，１３９４ｂ总线固有的确定性机制仅限于在同 一有效负载数据以及包尾等三段，异步流数据帧格式、 包头字段定义见文献７。 ５．２ 匿名消息头ＡＳＭ ＡＳＭ是基于ＦＣ－ＡＥ－ＡＳＭ规范 Ｊ裁剪的上层协 时刻发生和周期间隔重复的等时传输模式，受异步 议，按高度模块化嵌入式实时系统要求定义用于消息 传输的ＡＳＭ包头。ＡＳＭ协议使用消息Ｉ【）实现网络流 量与物理地址的解耦，避免直接使用１３９４包头信息， 实现与１３９４协议的独立，因此应用软件可在无需知道 事务影响，等时传输机制固有的确定性和信息完整性 满足不了航空航天飞行器上数据总线的必要功能，如 有保证的确定性和信息完整性。 网络拓扑的情况下进行通信。对ＡＳＭ进行裁剪是为在 ５ ＭＩＬ一１３９４ｂ的确定性 ＡＳ５６４３Ａ规范为１３９４ｂ总线提供了确定性保证和 完善的容错机制。ＡＳ５６４３Ａ规范基于异步流，利用强 任务关键性应用中的处理机、传感器、仪表和显示器 之间实现确定的、安全的、低延迟的通信。ＭＩＬ－１ ３９４ｂ 总线的ＲＮ节点发送消息时遵循ＡＳＭ协议。 ＡＳＭ包头包含消息Ｉ［）、安全码（保留）、节点Ｉ【）、 优先级和有效载荷数据长度，见文献７。消息Ｉ【）由ＣＣ 节点分支、通道号和消息号组成，只用于确定某一消 息；对安全码没有规定，但ＲＮ节点可以利用；节点 Ｄ由总线Ｉ［）和物理Ｉ【）组成，只用于确定多个互连总 制根节点能力和回路自动检测蜥开特征，结合匿名消 息头（ＡＳＭ：ＡｎｏｎｙｍｏｕｓＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＭｅｓｓａｇｉｎｇ）协议， 建立基于帧开始包（ＳＴＯＦ：Ｓ￣ｔｒｔ ｏｆＦｒａｍｅ）包的固定 帧率同步机制，同时静态分配通道号和带宽，采用垂 直奇偶校验（ＶＰＣ：Ｖｅｒｔｉｃａｌｐａｒｉｔｙｃｈｅｃｋ），保证了１３９４ｂ 总线用作航天航空飞行器数据总线所需的确定性 。 ５．１ 异步流 异步流是ＭＩＬ－１３９４ｂ总线进行确定性数据传输的 基础。ＡＳ６５４３协议的架构和协议均基于异步流，不要 求（但可利用）异步数据包和等时数据包。１３９４ａ标准 线上特定总线的特定节点；优先级用来指明帧的优先 级；有效数据长度字段包含负载长度，指明与消息Ｉ［） 对应的整个消息字节数。 ５．３ 基于ＳＴＯＦ包的全局同步和固定帧率 ＭＩＬ－１３９４ｂ总线不要求（但可利用）异步数据包 和等时数据包，因此不能使用等时传输所依赖的循环 开始包来同步总线。ＡＳ５６４３Ａ规范定义一种帧开始包 （ｓ Ｆ包）的特殊异步流来实现网络的全局同步。如 果使用等时事务，循环开始包可以由ＣＣ节点发送， 但不需要与ＳＴＯＦ包同步，不能在循环开始包的基础 定义一种称为异步流的数据包，异步流与等时数据包 一样使用通道号寻址，与异步数据包一样在公平间隔 内按异步仲裁规则进行传输，同时不要求目标节点返 回应答包或响应等确认机制，因此称为松散的等时数 据包。异步流包格式与严格等时的等时数据包格式相 同，不要求分配可用资源和带宽，仅需ＩＲＭ为其分配 通道号，以便通过硬件过滤数据包，同时多个节点可 上确定ＳＴＯＦ包和节点发送、接收和数据泵（ｄａｔａ ｄｕｍｐ）的偏移。ＳＴＯＦ包由１３９４包头、ＳＴＯＦ包数据 和１３９４ＣＲＣ三部分组成，见文献７。 使用同一通道号来传输异步流，也允许单个节点使用 ３６ ＭＩＬ．１３９４ｂ总线的确定性任齐凤等 ２０１５年９月第４６卷第３期（总第ｌ６ｌ期） ＳＴＯＦ包由ＣＣ节点的上层软件按应用需求以固 址，消息依据特定的通道号来发送到总线，接收消息 定频率（例如１００Ｈｚ（例如用需）通过３ｌ号通道向所 的节点监听相应的通道号来接收采用通道号寻址的数 有节点广播，告知新的帧周期己启动，因此ＳＯＴＦ包 据包。正常情况下ＭＩＬ－１３９４ｂ总线只使用不依赖于 所确定的固定频率被称为帧率。ＲＮ节点需要检测到连 ＩＲＭ的异步流，使异步流无法像１３９４ｂ总线那样向 续三个有效的ＳＴＯＦ包后才传输消息，检测工作由测 ＩＲＭ申请通道号和带宽。ＭＩＬ－１３９４ｂ总线异步流的通 量ＳＴＯＦ包间隔的硬件定时器或采用内部产生时间基 道号和带宽依据系统架构的特定要求在网络需求文档 准来标记ＳＴ０Ｆ包的软件来完成。异步流基于ＳＴ０Ｆ 中预先分配好。 包确定的周期来传输，这个固定帧率依据可用的带宽 系统实现必须考虑非调度的异步事务和等时事务 和消息来确定。 对带宽和时序的影响。各ＲＮ节点发送和接收时间的 冗余ＣＣ架构中实现冗余ＣＣ节点间的同步操作 分配基于与ＳＴＯＦ包偏移来确定，时间偏移依据特定应 来保证各ＣＣ节点能在（带指定误差的）同一时刻为 用的架构来定义。ＡＳ５６４３Ａ规范允许使用异步事务和 各条独立总线上的所有ＲＮ节点提供ＳＴＯＦ包。同步 等时事务，异步事务的响应随着异步事务的接收返回， 操作利用各ＣＣ节点中的冗余管理和表决软件使得冗 而不是在ＳＴＯＦ发送偏移时间内返回。若接收节点检 余信号输入间的误差很小，进而避免在多个采样时刻 测到无效消息Ｉ【），应返回寻址错误，同时必须确保异 进行信号选择。各ＣＣ节点间的最大允许同步误差依 步事务不影响ＳＴＯＦ包偏移时间或系统时序约束，避 赖于周期的帧速率，如对于１００ Ｈｚ帧率，最大ＣＣ节 免导致ＳＴＯＦ包时序的不稳定；使用等时事务时应在 点误差在５０№内。 固定帧间隔内明确分配异步流和等时数据包的带宽， ５．４ 垂直奇偶校验ＹＰＣ 保证优先级较高的等时事务插入对各ＲＮ节点ＳＴＯＦ １３９４ｂ总线的循环冗余码校验（ＣＲＣ：Ｃｙｃｌｉｃ 包的时间边界造成的不确定影响相对于所有延迟关键 Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）校验对传输介质进行数据完整性 应用来讲是可接受的，避免影响固定帧率的完整性。 检查，确保ＰＨＹ－ＰＨＹ的完整性；在把已接收的数据 等时数据包引入对ＳＴ０Ｆ包时间边界不确定的影响与 存到链路层的接收缓冲区并向系统内存（如ＳＲＡＭ、 等时数据包占总线带宽总量、最大等时数据包大小和 ＳＤＩ乙 Ｍ、ＤＰ Ｍ等）搬移时，单独依靠ＣＲＣ不能 等时数据包源的循环速率相关。 确保整个端到端的数据完整性。ＡＳ５６４３Ａ规范在数据 ５．６ 网络拓扑的预先配置和强制根节点 包的数据区域定义ＶＰＣ，对异步流在物理层（ＤＰ Ｍ、 ＡＳ５６４３Ａ规范未明确提出网络拓扑的预配置要 ＳＲＡＭ或ＳＤ 等）和软件层间的数据传输提供额 求，但定义的ＣＣ节点和ＲＮ节点操作要求及作为航 外的完整性检查。将ＣＲＣ与ＶＰＣ相结合，在整个异 空航天飞行器数据总线所带来的容错方面的要求限定 步流的传输路径上实现面向应用的端到端完整性检 了网络拓扑必须按应用需求来预先配置，并且这一拓 查，增强了ＭＩＬ．１３９４ｂ总线的故障限制能力。为保证 扑在飞行器的整个生命周期内很可能是不变的。由于 ＭＩＬ．１３９４ｂ总线在应用层的数据完整性，ＶＰＣ检查需 网络拓扑的预分配和ＣＣ节点操作的确定，ＣＣ节点被 在系统内存中进行；若ＶＰＣ在主机与链路层间的接口 强制成根节点，不存在根节点的要重新选择。一些宇 实现并存储在未受保护的主机内存中，则面向应用的 航应用项目也允许重新指定根节点，这可增加系统的 完整数据路径的完整性会得不到保证；若将来发送和 灵活性和重构能力。 接收缓冲区均有内部内存保护的链路层控制器，且各 ＡＳ５６４３Ａ规范利用１３９４ｂ标准的回路自动检测和 节点的系统内存都有保护措施，ＶＰＣ则可从ＡＳ５６４３Ａ 断开特征来增强数据总线的冗余。１３９４总线构造的对 规范中去掉。 等网络要求树形拓扑，１３９４ｂ标准定义了允许总线存在 ５．５ 通道号和带宽的静态分配 物理回路时总线能保持操作的机制（称为ｌｏｏｐ．ｆｒｅｅ建 异步事务传输使用总线复位时分配的节点Ｉ【）作 立），即使连接存在回路也保证连接无效。ｌｏｏｐ－ｆｌｅｅ建 为源和目的地址，等时数据包和异步流采用通道号寻 立通过在物理层（ＰＨＹ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ）寄存器中定 Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１ ５ Ｖｏ１．４６ Ｎｏ．３（ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１６１） 航空电子技术 ！ ＩＣＳ ＴＥ ｄｉｓａｂｌｅ 义Ｌｏｏｐ 位实现。网络中物理回路通过控制节址到ＲＮ节点的消息可能不是在ＣＣ节点设定的接收 点比较回路测试包与回路测试符号中的回路测试数据 来关闭ＰＨＹ端口，进而断开连接来满足总线树形拓扑 的要求；总线初始化期间回路也会自动断开。总线初 始化期间节点ＰＨＹ自动检测并断开回路，形成两个分 支。配置树型结构前，回路在哪断开是未知的，某个 节点因失去电源、线缆断开、连接器引脚缩针导致故 偏移时刻传输到该ＲＮ节点，这意味着并不是所有的 总线数据处在这个给定的偏移之内，因此总线应该支 持这种非同步的行为，设定接收偏移用于那些像闭环 控制之类的延迟相关操作。单向的数据泵消息包含内 部的软件参数或内存位置数据以支持完整性和测试活 动，也可用于传输（发送或接收）测试消息，数据泵 障时ＰＨＹ自动检测连接的断开，自动重新配置将故障 节点为叶子节点，这样为节点操作提供了可选路径。 时间大小的分配应满足最坏数据泵消息大小和特定系 统的测试消息大小；其数据字可以是那些没有由ＲＮ ５．７ ＴＩ）ＭＡ风格的包传输 节点正常发送消息中包含的信息。 基于ＳＴ０Ｆ包的ＭＩＬ一１ ３９４ｂ总线通信采用为各节 为保证ＡＳ５６４３Ａ规范的确定性，需按系统的特定 点分配发送偏移消除总线仲裁来确保确定性传输。 要求建立ＳＴＯＦ帧率及各节点的ＳＴＯＦ偏移，建立 ＡＳ５６４３Ａ规范确保确定性通信的关键概念是基于 ＳＴｏＦ偏移的目标是最小化消息在整个路径上传输和 ＳＴＯＦ包的总线同步及各节点相对于ＳＴＯＦ包的偏移 处理的延迟。为一个新的网络应用设置时序首先要定 所确保的传输调度。节点调度由系统设计指定的ＳＴＯＦ 义一个合适的ＳＴＯＦ帧率，选择ｓＴ０Ｆ帧率要满足网 发送偏移、接收偏移和数据泵偏移来确定，这些偏移 络中最关键设备闭环灵敏度的时间需要；其次要考虑 精度均为ＳＴＯＦ包帧率的１．０％或１００№（两者的最大 网络中大多数响应设备的处理能力。若这些设备处理 值），分辨率不低于精度值的１．０％。带有效数据负载 其输入输出不够快，会无法发送或接收相应的总线数 区域的异步流都包含由Ｓ Ｆ发送偏移、接收偏移、 据，因此不能将ＳＴＯＦ频率设置得过高，ＣＣ节点必须 数据泵偏移和ＶＰＣ字段组成的包尾，见文献７。 在每个ＳＴＯＦ帧时间内能满足网络上各节点的处理需 总线初始化后，ＣＣ节点发送ＳＴＯＦ消息，并将各 要；再者，确定ＳＴＯＦ必须确保总线带宽满足网络整 个ＳＴＯＦ偏移作为首个有效消息发送给各个ＲＮ节点， 个时序的需要，即所有的系统数据要与总线速度相匹 ＲＮ节点接收ＳＴＯＦ消息后检查ＣＣ节点发过来的首个 配；最后，若网络上有些设备对延迟要求不高，传感 有效消息，以确定新的ＳＴＯＦ包偏移。ＣＣ节点在每个 器可能在多个帧率期间发送相同的数据，这些数据的 帧周期发送ＳＴＯＦ包和各个通道的偏移信息，这样即 接收者也可能保持此前的数据，直到总线上有新数据。 使ＲＮ节点后来上电也能接收到ＳＴｏＦ包信息，用这 些信息实现网络同步的ＲＮ节点仅需监听一次，因此 ６ 结束语 避免该ＲＮ节点与网络丢失同步。 ＭＩＬ－１３９４ｂ总线在国外多个先进航空航天飞行器 每个ＲＮ节点基于ＣＣ节点发送过来的ＳＴＯＦ偏 上得到成功应用，国内先进飞机的一些系统也采用该 移进行数据的发送、接收和数据泵。ＲＮ节点必须在 总线组网。本文在介绍相关总线和标准的基础上分析 ＳＴ０Ｆ发送偏移时间内完成所有消息的发送，任何延迟 了１３９４Ｂ总线确定性的不足，全面阐述了ＡＳ５６４３Ａ规 关键数据消息必须以ＳＴＯＦ接收偏移为基准：ＲＮ节点 范为ＭＩＬ一１３９４ｂ总线建立的确定性，旨在为基于 一般采用中断或信箱来进行应用的调度，以便最小化 ＭＩＩＭ３９４ｂ总线通信网络的系统设计师和产品开发者 数据从应用经操作系统到链路层接口的数据延迟。发 提供指导。 送到某个ＲＮ节点的多个消息由该节点依次接收，寻 参考文献 ［ＩＩ 】ＥＥＥＳｔｄ１３９４－１９９５，ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒａＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｅｒｉａｌＢｕｓ［ｓ】．１９９５ ・３８・ ＭＩＬ．１３９４ｂ总线的确定性任齐风等 ２０１５年９月第４６卷第３期（总第１６１期） ［２］ ＩＥＥＥＳｔｄ１３９４￣２０００，ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒａＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｅｉｒａｌＢｕｓ－－Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ１ｌＳＩ２０００． ［３ ３］ⅢＥＥＳｔｄ１３９４ｂ－２００２，ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒａＨｉｇｈ－Ｐｅｒｆｏｒｍ＿ａｎｃｅＳｅｒｉｌａＢｕｓ－－－Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ２Ｉ ｓ１．２ｏｏ２． ［４］ 脚Ｓｔｄ１３９４ｃ－２００６，ＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒａＨｉ曲－ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｅｒｉａｌＢｕｓ－－Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ３ｌＳｌ２００６． ［５】 正ＥＥＳｔｄ１３９４．２０ｏ８，衄ＥＳｔａｎｄａｒｄｆｏｒａＨｉｇｈ－ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＳｅｒｉｌａＢｕｓｌ Ｓ１．２００＆ ［６］ ＳＡＥＡＳ５６４３／１，ｓ４００ＣｏｐｐｅｒＭｅｄｉａＩｎｔｅｒｆａｃｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＯｖｅｒＥｘｔｅｎｄｅｄＤｉｓｔａｎｃｅｓｌＳ１．２００４． ［７］ ｓＡＥＡｓ５６４３八皿Ｅ－１３９４ｂＩｎｔｅｒｆａｃｅＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒＭｉｌｉｔａｒｙａｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅＶｅｈｉｃｌｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｓ］．２００６． ［８】 Ｈａｏ．ｗｅｉ ＢＡＩ Ａｌｌｌａａｇｈａｔｔａ ＰＡＶＡＮ，Ｂｒｉａｎ、，ａｎＶｏ０ＲＳＴ’Ｓａｂｅｒａ ＫＡＺＩ，ＶｉｃⅡ｛ＯＭＡＳ．Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ Ａｖｉｏｎｉｃｓ Ｄａｔａ ＮｅｔｗｏｒｋＩ－Ｍ１．ＨｏｎｅｙｗｅＨＡＥＳ ＩＥＳ Ｃ０Ｅ．２０ｏ３． ［９】 ｎ ＴＳ．ＩＮＣＩＴＳ ＴＲ。４１－２０ｏ６．ＩＮＣＩＴＳ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｎｍｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ—Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ—Ａｖｉｏｎｉｃｓ Ｅｎｗｉｏｎｍｅｎｔ— Ａｎｏｎｙｍｏｕｓ ＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＭｅｓｓａｇｉｎｇ（ＦＣ－ＡＥ－ＡＳＭ）［Ｒ］．２００６． ［１０】 ＳＡＥＡＳ５６５４，Ⅲ雎１３９４ｂｆｏｒＭｉｌｉｔａｒｙ ａｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅＶｅｈｉｃｌｅｓ—ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＨａｎｄｂｏｏｋｌＳｌ２ｏｏ７． ［收稿日期］ ２０１４．１２．０３ ［作者简介］任齐凤（１９７８－），男，高级工程师。研究方向：航空电子系统。 楼俊荣（１９８１．），男，高级工程师。研究方向：机载计算机开发。 贺轶斐（１９７７－），男，工程师。研究方向：信号与信息处理。 （上接第２９页） 参考文献 ［１】 ＡＲＩＮＣ ６５３：Ａｖｉｏｎｉｃｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ［Ｓ］．１ ９９７． ［２］ ＳＡＥ Ｊ．１１ ℃一０４３６ Ａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｆｉｌｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｉｎ ＩＭＡ２Ｇ［Ｓ］．２０１ １． 【３】 Ｊ．１ｊ ＪＹＳＳＥＵＮＥ，ｐ ＰＡＬＭＥＲ，Ｎ．ＶＩＣＴＯ Ａ．Ｔｏｗａｒｄｓ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｗ ａｉｒｃｒａｆｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ａｉｒ＆Ｓｐａｃｅ Ｅｕｒｏｐｅ．２００１（３）：１８０—１８３． ［４】 Ｈａｄｏｏｐ．ＨＤＦＳ Ｕｓｅｒｓ Ｇｕｉｄｅ［ＥＢ／ＯＬ］．［２０１２－１２－Ｏ２］ｈｔｔｐ：／／ｈａｄｏｏｐ．ａｐａｃｈｅ．ｏｒｇ／ｄｏｃｓ Ｊ．／ｓｔａｂｌｅ／ｄｆｓ＿ｕｓｅｒｇｕｉｄｅ．ｈｔｍ１． 【５］ ＮＶＭＥｘｐｒｅｓｓＷｏｒｋｇｒｏｕｐ．ＮＶＭＥｘｐｒｅｓｓＲｅｖｉｓｉｏｎ １．１ａ［Ｃ］．Ｎ、 在ＥｘｐｒｅｓｓＷｏｒｋｇｒｏｕｐ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２３，２０１３． ［收稿日期］２０１４—１２．１２ ［作者简介］戴苏榕（１９８０一），女，工程师。研究方向：航空电子技术。 ‘胡尧（１９８６．），男，工程师。研究方向：机载计算技术。 任金牛（１９８０．），男，高级工程师。研究方向：机载高速存储技术。 ３９
