1394b总线在机电综合管理系统设计中的应用

周前柏，赵 刚，李爱军

（中国航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

1394b总线在机电综合管理系统设计中的应用

周前柏，赵 刚，李爱军

（中国航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

为从整体上提高整个机电系统的综合控制与管理的能力，增大系统总线网络的吞吐量、满足机载多功能平台检测和控制的实时性指标要求，同时满足安全/关键机电系统的可靠性和维修性。传统的1553B总线网络已不能满足机电系统设计的需要。通过在机电综合管理系统设计中采用1394b总线技术，不仅可以提高系统总线的传输率要求，同时也可以让整个机电系统满足一次故障工作，两次故障安全的系统需求。

机电综合管理系统(UMS)；1394b总线；1553B；故障安全

0 引言

目前广泛应用于航空电子系统的1553B总线，在带宽、传输速率方面已无法满足日益增长的数据传输要求，其工作模式和通信速率限定了它只能是集中式控制分布式处理，资源共享只在信息链后端的控制环节，无法完成深度的功能综合的目的。且随着航空电子设备的增加，总线需要支持的终端数也在逐步递增，需使用机载高速数据总线来满足新一代综合航电系统的需要。

基于SAE AS5643 总线协议的1394b总线是一套适合飞行器应用的高速、专用的总线协议，其所具有的高带宽、确定性和可靠性等方面的优点可以满足当前机载机电综合管理系统对其内部数据总线的需求。1394b总线是目前较先进的航空电子网络技术之一，它具有传输实时性、可靠性和确定性等特点，可满足当前航空电子系统对于机载总线的需求。在国外，1394b总线已成功应用在F-35战机、X-47无人机等机载系统中。

本文以高速高可靠总线网络1394b为基础，实现机电系统实现综合控制与管理，可通过区域分布的远程接口终端(RIU)管理机电系统的传感器及附件，实现机电系统与动力、飞控、航电等系统的信息共享。从整体上提高整个机电系统的综合控制与管理水平，有效的改善机电分系统的可靠性和维修性。

1 1394b总线与总线比较

机电综合管理系统总线的选择要充分考虑带宽和通信的实时性。结合国内外飞机机电总线的应用，机电总线主要为1553B总线和1394b总线，针对这两种总线进行比较，在总线拓扑结构、总线节点数量、传输速率、误码率、实时性等方面都有较大差别，其基本特性对比如表1所示。

表1 与1394b总线基本特性比较

由以上可以看出，与1553B总线相比，采用1394b总线具有比较灵活的组网方式、较高的数据传输量、更好的可靠性和传输实时性，因此，对于用于实时控制系统1394b总线为较优选择。

2 机电综合管理系统设计

基于1394b总线的机电综合管理系统（UMS）是采用2台机电管理核心处理机（EMCP）和4台RIU的分布式容错系统管理构型架构，EMCP采用双余度配置、RIU也采用双余度配置、UMS内部采用1394b总线，1394b总线的主要组成有：CC（EMCP）节点、RN（远程节点）节点、MP（地面模式调试使用的系统维护设备）；1394b总线采用双余度设计，每个余度通道可访问管理所有节点机；每条1394b总线采用环形结和树形结构，两个EMCP余度通道之间使用交叉互联结构的1394b链路，实现CCDL功能；每个RIU余度通道之间使用交叉互联结构的1394b链路，实现CCDL功能；EMCP节点机提供地面模式调试使用的系统维护总线接口或飞行测试接口，接口协议采用1394b。每个EMCP通过机电总线和多层次的CCDL通信，可获取系统所有的输入和计算信息。

EMCP与飞控管理计算机（VMC）之间采用1553B总线相连，EMCP与RIU之间通过双套1394b总线相连，RIU主要负责系统的输入输出，EMCP主要负责控制计算，整个系统结构满足一次故障工作，两次故障安全的系统需求。如果单台节点机出现故障，其它节点机可以继续管理和控制，分布式的控制和管理系统既可以兼顾到机电子系统的连接，又能够达到系统容错的目的。UMS系统结构图如图1所示所示。

图1 采用1394b总线的UMS系统结构图

UMS系统工作方式描述如下：在系统工作情况下，双余度RIU同步采集机电子系统的信号，包括模拟量、离散量、数字量，将接收的信息通过1394b总线传输到EMCP，同时EMCP通过1553B接收VMC的信息及命令，EMCP根据输入信息进行控制律计算及机电子系统的状态监控，监控结果通过1553B总线传输到VMC，控制律计算结果通过1394b总线传输给RIU进行控制输出，UMS系统的容错设计描述如下。

（1）1394b总线切换方式

在系统中使用双套1394b总线完成EMCP与RIU之间的信息交换，当一套1394b的接口故障时，系统转到另外一套1394b总线工作，当本套1394b总线再次故障时，系统转到安全模式控制，由 RIU进行安全控制，1394b总线设置满足一次故障工作，两次故障安全。

（2）1553B总线切换方式

在系统中使用双套1553B总线（双RT地址）与VMC进行信息交换，当一套1553B的RT故障时，系统转到另外一套1553B总线工作，当本套1553B总线再次故障时，系统转到安全模式控制（EMCP可通过其它总线与任务系统通信或转本地安全控制），此安全工作方式可依据系统要求确定，1553B总线设置满足一次故障工作，两次故障安全。

（3）EMCP切换方式

EMCP采用双余度配置，当一套EMCP故障时，转到另一套EMCP工作，当EMCP再次故障时，EMCP由硬件指示故障转入安全模式。

（4）RIU切换模式

每个RIU分别采用双余度配置，根据机电子系统信号的余度配置连接到RIU的信号不同，有的连接到双余度RIU，有的连接到单余度的RIU，当一个RIU故障时，针对双余度信号转到另一个RIU进行输出控制，当RIU再次故障时，转入安全模式控制；针对单余度信号，当RIU故障时，转到安全模式控制。

（5）安全模式的控制

在某一部件都故障时，转入安全模式控制，安全模式进入的条件：当两个EMCP均故障；EMCP与RIU两条通讯总线均故障；对于单余度输出控制，当RIU故障时；对于双余度输出控制，当两通道RIU均故障。

（6）安全值的设置

系统初始化时，输出初始状态；故障时，安全值取上拍值或固定状态值。

3 机电总线1394b的工作方式

UMS总线以IEEE-1394b为基础，执行SAE AS5643协议。SAE AS5643提供安全关键系统（例如航空）应用所需的鲁棒性和确定性，提供自动环检测和断开功能，当总线上某节点失效时，环向其它节点提供了另外一条路径，增强了冗余。使IEEE-1394b总线可以满足航空总线等高可靠场合。

总线的数据传输主要使用异步流包来实现，采用“双向单工”模式传输。发送位速率允许并支持S100（100Mbps）、S400（400Mbps）两种模式，且传输速率模式可选择，目前设计采用S100传输模式，端口为Beta模式。

机电总线采用时间驱动的工作方式，通过STOF包进行系统同步，节点以STOF包作为计时起点，在到达本节点的发送偏移时，将发送消息缓冲区的数据打包成协议规定的格式发送到总线上。

系统中使用两套1394b总线完成EMCP与RIU之间的信息交换。两套1394b总线同时工作。

4 结束语

由于1394b总线在传输速率、可靠性、实时性、扩展性和技术成熟度等方面的特点在航空航天领域得到了越来越广泛的应用，本文基于1394b总线高速平台的机电综合管理系统设计方法，能够适应现代飞机的发展要求，具有很高的实时性和可靠性，从整体上提高整个机电系统的综合控制与管理水平，有效的改善机电分系统的可靠性和维修性。

[1]辛永利，田泽，杨峰．机载UMS系统二余度1394b总线网络设计［J］．计算机技术与发展，1673－629X(2015)03－0197－05.

[2]SAE AS5706 test plan/procedure for AS5643/1 S400 copper media interface characteristics over extended distances[S].SAE International，2016.

[3]张杰．机载高速数据总线技术的应用研究[J]．电子测量技术，2016，39（6）：163-166．

Application of 1394b Bus in the Design of Electromechanical integrated Management System

Zhou Qianbai,Zhao Gang,Li Aijun
(China Aeronautics Computing Technique Research Institute，Xi’an Shaanxi,710065)

In order to improve the ability of comprehensive control and management of the whole airborne electromechanical system as a whole, increase the system bus network throughput and meet real-time airborne multi platform detection and control at the same time requirements ,and meet the safety/critical system reliability and maintainability .The traditional 1553B bus network can not meet the needs of electromechanical system design. Through the use of 1394b bus technology in electromechanical integrated management system design，not only can improve the transmission rate of the system bus, but also can make the electromechanical system meet a fault work, two fail-safe system requirements

UMS；1394b；1553B；Fail-safe。

周前柏（1984－），男，工程师，研究领域为机载嵌入式计算机应用技术,机电管理系统计算机设计。

航空科学基金资助项目(2016ZC31004)

赵刚(1963－)，男，研究员，主要研究领域为机电系统计算机技术、计算机容错技术等。

李爱军(1967－)，男，高工，主要机载机电系统综合管理计算机系统设计。