科技创新浅谈1394总线技术

张雪园

摘 要：针对目前应用在航空电子系统的1394总线技术进行简要的介绍，包括1394总线的传输特点、总线结构、1394协议，以及提高IEEE-1394b总线确定性和可靠性的方法。

关键词：航空电子系统;1394总线;IEEE-1394b

1 1394总线概述

1.1 1394总线简介

苹果公司最初提出的IEEE 1394为一种高速串行总线，又被称为火线技术（FIRE WIRE）。电气与电子工程师协会（IEEE）在1995年，正式颁布了第一个IEEE1394总线标准。该标准定义了数据的传输协议、连接系统等，具有能够实现采用较低的成本获取较高性能的优点（如可增强打印机、扫描仪、硬盘与视频电话、数码相机等的连接能力），从而被工业领域广泛应用[1]。

欲将1394总线应用于航空、航天领域，首先得满足低延迟、具有确定性和高可靠性等要求。美国机动工程师协会（SAE）对IEEE1394总线标准的局部做了约束和限定，使之成为能够满足航空、航天领域应用的总线标准。目前，1394总线已成功应用于洛克希德-马丁公司的美国联合战斗机（JSF）项目;国内也意识到传统的ARINC429、MIL_STD_1553B等总线难以满足日趋复杂的航空航天系统，1394总线在航空、航天系统领域的应用会更加广泛。

1.2 1394总线发展历程

IEEE1394-1995：最初由Apple公司提出，由IEEE正式制定;支持速率100/200/400Mbps距离最远达4.5米。

IEEE1394a-2000：对IEEE-1394标准进行补充;互操作性和性能增强;解决了一些二义性问题;提供更快的仲裁和总线复位速度。

IEEE1394b-2002：提供一种新型的连接模式;增加了传输介质的类型;对仲裁和故障容错进行了改进;延长了距离;向后兼容1394a;速度提高到S800、S1600，并支持未来协议构架S3200[2]。

IEEE1394-2008：在综合了IEEE1394-1995，IEEE1394a-2000和IEEE1394b-2002标准的基础上，纠正了大量的错误（比如S1600的数据传输率等），增加了Beta Plus PHY-link接口的规范、UTP PMD规范和S3200操作规范，明确S1600和S3200的操作，并对重建网络拓扑（总线复位后）的方法提供了指导思路。

SAE AS5643（MIL-1394b）在2004年由SAE提出。该规范的主要作用是保障MIL-1394b能够满足在航空航天领域应用的确定性、延迟性和高可靠性要求，即确保MIL-1394b能够在航空航天领域中的任务关键、安全关键系统中使用。

1.3 总线拓扑结构

1394总线拓扑结构由CC、RN、BM等组成。其中CC是网络中的根节点、具有循环控制器、等时源管理器和总线管理器功能;RN为远程节点;BM为总线监控器，监控总线行为及传输数据;中继器可完成总线速率匹配及距离扩展;1394线缆为物理通信媒介，是网络信号传输的载体;连接器包括模块连接器和线缆连接器，模块连接器连接在模块端口上;线缆连接器提供1394线缆之间的连接接口，实现不同子系统的中转接口。

1394总线具有速度快、传输距离远、能够实现点对点传输、具有确定性和实时性和支持“热插拔”等特点：

（1）速度快：

a.1394a支持3种数据传输率，分别为100Mbps、200Mbps和400Mbps;

b.1394b支持5种数据传输率，分别为100Mbps、200Mbps、400Mbps、800Mbps和1600Mbps;

如果使用光纤，最高传输速率可达3.2Gbps。

（2）点对点传输：1394总线的结构保证了所有设备在总线上的地位是一样的，即当2个1394设备需要进行数据之间的交互时，这两个設备之间直接能进行点对点的数据传输而不再额外需要主机的参与，从而主机的负载不会增加。

（3）传输距离长：1394b最大传输距离可达100米（此时的传输速率将会降低到100Mbps，因为传输距离的提升是以降低速率为代价）。

（4）确定性：支持“请求-应答”方式的异步操作。

（5）实时性：支持“等时同步-多播-无应答”方式的等时操作。

（6）支持“热插拔”：可实现即插即用，自动建立总线拓扑结构。

2 1394总线系统构建

总线系统的构成如图1所示。其中，应用层，主要完成应用软件接口;串行总线管理，主要完成总线管理（BM）和等时资源管理（IRM）;事务层，主要完成读、写和锁定事务;链路层，主要实现周期控制、数据包的接收和发送;物理层，主要总线初始化、编解码、仲裁和介质接口;IEEE1394物理接口，硬件实现部分。

1394标准之间的关系如图2所示，包括SAE AS5657、SAE AS5643、SAE AS5643/1、SAE AS5706、SAE AS5708等。其中，SAE AS5643是在IEEE-1394b的基础上增加了航空应用的物理电缆的电气特性和操作要求。SAE AS5643是航空/航天领域应用数据传输网络的总线标准。

3 结语

1394总线相比传统的MIL_STD_1553B总线和ARINC429总线等，具有数据传输量高、可靠性高、组网方式灵活等优点，能够满足日趋复杂的航空/航天系统对机载总线的需求。本文概括了1394总线的传输特点、总线拓扑结构、总线系统的构建，以及提高1394b总线确定性和可靠性的方法，可为后续1394总线在航空电子系统的应用实施提供指导。

参考文献：

[1]徐璐璐.基于AS5643协议光纤接口卡的研究与实现[J].西安电子科技大学硕士论文，2018.

[2]张少锋.基于AS5643协议的Mil-1394仿真卡设计与实现[J].计算机技术与发展，2013.

[3]IEEE Std 1394a-2000，IEEE Standard for a High Performance Serial Bus— Amendment 1[S].2000.

[4]IEEE Std 1394b-2002，IEEE Standard for a High-Performance Serial Bus—Amendment 2[S].2002.

[5]IEEE Std 1394c-2006，IEEE Standard for a High-Performance Serial Bus— Amendment 3[S].2006.

[6]SAE AS5643A，IEEE-1394b Interface Requirements for Military and Aerospace Vehicle Applications[S].2006.