大多數軍用飛機都有兩個主要的航空電子系統，今天它們彼此之間只有微弱的聯系 - 飛行控制系統和任務系統。飛行控制系統包括飛行飛機所需的一切：駕駛艙儀表、空氣數據、慣性系統、發動機控制、發電、液壓、燃油系統、自動駕駛儀、導航、GPS、ILS、起落架、飛行表面、板條、襟翼等。主飛行控制可以增強或完全數字化電傳操縱，從而進一步增加飛行控制系統的復雜性。

民用飛機也有兩個系統，但它們并沒有真正聯系起來：飛行控制系統和乘客舒適和娛樂系統。嚴格的安全要求一直導致航空電子行業相信需要制定自己的I/O接口標準。這導致了為許多類型的數據傳輸創建ARINC標準。然而，經濟現實加上新系統要求的復雜性，使得未來越來越有必要利用商業技術來代替ARINC或其他標準。

從架構上講，大多數當前系統都是聯合的，這意味著有許多小子系統連接到中央計算綜合體，在軍事示例中，中央計算綜合體要么是任務計算機，要么是飛行控制計算機。ARINC 429、ARINC 629 和 MIL-STD-1553B 是當今聯合架構的行業標準，有數以萬計的實現在積極使用。這些航空電子接口用于檢測各種子系統的所有參數，并以電子方式收集這些數據以呈現給機組人員，以便駕駛飛機。ARINC 429、ARINC 629 和 MIL-STD-1553B 提供了確定性、本質安全、多重冗余的數據分發方法，可以對這些數據分發進行建模和驗證以進行型式認證

未來的商業和軍事系統將更加集成，以便更有效地共享和處理數據，同時減輕重量和總體成本。然而，盡管軍用和民用航空電子設備在下一代系統的商業技術上趨同，但每個國家都選擇了不同的技術路徑，并且每個國家都發現如果不進行一些行業特定的調整，就不可能使用他們喜歡的技術。AFDX（ARINC 664）計劃被許多未來的大型商用飛機采用，如空中客車A380，而軍用戰斗機正在采用光纖通道。市場將決定是否有可能在機身的預計壽命內維持這些技術。

通過依次查看每個標準，可以了解系統如何發展以及如何利用商業衍生的數據處理架構和技術。變化必須在安全、確定性和穩健性的可證明約束范圍內發生，這是航空電子應用的固有特征。

ARINC 429/575 ARINC 429是壽命最長的標準之一，在整個民用飛機市場使用，包括直升機，通用航空和商用客機。

ARINC 429 使用雙絞線上的串行數據傳輸進行單點對點連接。數據以 12.5 KHz 或 100 KHz 自時鐘，每個方向使用一對雙絞線。一個發射器可以驅動多達 20 個接收器。ARINC 429用于互連聯合架構中的離散子系統，以便作為一個簡單的示例，慣性參考系統（發射器），空氣數據計算機（發射器）和無線電高度計（發射器）將定期將其數據饋送到自動駕駛系統（三個接收器）。在實際配置中，每個發射器都將向許多接收子系統饋送數據，并且為了安全性和冗余，路徑將一式三份復制或配置。

ARINC 429 發送器有兩種基本狀態：發送零時鐘或 32 位數據字。數據字由空時鐘分隔。數據字的 32 位被劃分為字段，通常，第 11 位到 29 位是數據內容。數據內容描述了傳輸的數據類型、格式和參數。該數據內容及其傳輸頻率主要由ARINC標準定義。它由標簽（標識正在傳輸的參數）、傳輸源、范圍（或比例）以及用于描述參數和分辨率的數據位數組成。此外，數據字可用于子系統故障報告和診斷，以及由許多航空電子子系統制造商定義的自定義功能。對于嵌入式系統的開發和部署，SBS Technologies A429-PMC（如圖 1 所示）是一個易于集成的夾層 I/O 模塊示例，可提供 ARINC 429 的 8 個接收通道和 8 個發送通道。

圖 1：提供 ARINC 429 的 8 個接收通道和 8 個發送通道的易于集成的夾層 I/O 模塊示例

ARINC 575早于ARINC 429，在電氣和功能上相似，允許相同的硬件支持其中任何一個，但575僅限于12.5 KHz時鐘，并且沒有在數據字中提供奇偶校驗位。隨著更智能的子系統的發展，ARINC 429 必須支持子系統之間的文件傳輸。威廉斯堡協議旨在提供協商文件傳輸機制，支持長度從 3 到 255 個單詞的文件大小。盡管基于 ARINC 429 的實施是可靠且本質安全的，但它們需要在飛機周圍進行大量離散的點對點布線，這既昂貴又笨重。

已經開發了較新的替代技術，例如ARINC 629和AFDX，通過將所有離散的點對點電纜替換為四線網絡上相同數量的虛擬通道，從而顯著降低了這種開銷。同時，這些較新的標準模仿了類似ARINC 429的聯合架構的架構簡單性。當完成的飛機提交給FAA或其他民用或軍事當局進行最終型號認證時，這種虛擬的簡單性至關重要。

ARINC 629 ARINC 629由波音公司為777開發，幾乎沒有其他應用。它是一種時分多路復用串行總線，采用曼徹斯特雙相編碼，時鐘頻率為2 Mbps。 多個接收器和發射器使用電流或電壓耦合連接到同一總線。與以太網一樣，ARINC 629 使用載波檢測、避免沖突機制來避免多個發射器想要同時使用總線時的爭用。

發生爭用時，每個終端都有三個計時器，用于在可變時間段內退出下一次嘗試。數據以由多個 20 位字組成的消息傳輸。每個接收器偵聽ARINC 629總線并讀取第一個單詞，以確定消息是否包含所需的數據，從而允許簡單的多播機制。不需要的數據將被丟棄。連接到總線的每個終端都有一個獨特的、固定的個性，它定義了它的功能、它將傳輸什么數據、傳輸頻率以及它將接收什么消息。

AFDX （ARINC 664）

Avionics Full-DupleX交換以太網由空中客車公司為A380開發，試圖利用COTS技術進行高完整性航空電子設備應用。它基于 100 Mbps 交換以太網，并進行了一些修改，以幫助對抗抖動和缺乏確定性，這是未經修改的以太網實現所固有的。在架構上，AFDX使用復制的全雙工交換網絡來覆蓋飛機周圍。使用全雙工是為了避免半雙工以太網實現中發現的沖突和重新傳輸，從而確保在數據準備好傳輸時連接始終可用。通過這種方式，在整個網絡中的高流量條件下可以減少抖動。但是，由于交換機使用存儲轉發技術，由于接收器從發射器異步工作，因此仍然存在少量但可量化的抖動。

許多飛機子系統仍然非?；?，只需要很少的處理器能力，并以非常低的速率生成數據。將每個子系統直接連接到AFDX是不經濟的，這樣它們就被物理分組并通過所謂的“終端系統”連接到AFDX。終端系統可以被認為是類似于具有網絡接口的遠程數據集中器。它至少有兩個到中央 AFDX 交換機的全雙工（單獨的發送和接收對）連接。終端系統可以通過交換機與任何其他終端系統通信。子系統使用虛擬鏈路通過 AFDX 網絡相互通信。這些虛擬鏈路的配置是固定的，類似于ARINC 429實現，其數據源（例如慣性參考系統，空氣數據計算機，無線電高度計或來自早期ARINC 429示例的GPS）饋送到一個或多個接收器。

由于 AFDX 僅使用這些虛擬鏈路，因此以太網數據包的因特網地址字段未使用，由虛擬鏈路字段替換。虛擬鏈接定義數據源及其目標。為了進一步改善最終系統的抖動和確定性，每個虛擬鏈路都可以根據其傳輸頻率和數據包的最大有效負載大小設置定義的帶寬。通過固定這些參數，可以在設計過程中準確地對網絡的數據流和行為進行建模，并且可以在驗證系統進行型式認證時進行驗證。

MIL-STD-1553B MIL-STD-1553B最初由軍方開發，用于戰術飛機作為儀表總線，已被數百個項目采用，包括具有不同用途的地面車輛和海軍艦艇。

許多裝置與其原始設計意圖大不相同。MIL-STD-1553B是一種時分多路復用總線，使用曼徹斯特編碼，時鐘頻率為1 MHz。 實現使用雙冗余總線來實現完整性并防止戰斗損壞。

每條1553B總線都有一個總線控制器和多達32個遠程終端，這些終端可以進一步分為32個子地址。遠程終端或子地址可以是具有一組特定功能的子系統，例如無線電高度計、GPS 接收器或導彈警告接收器?？偩€操作由總線控制器嚴格控制 – 由于終端的所有接收或發送操作都是由總線控制器發送的消息啟動的，因此不會爭用總線。這是一個非常健壯的確定性系統，非常適合定期輪詢許多獨立的智能子系統。1553有許多設備級實現，它們集成了在非常小的物理空間中實現總線控制器或遠程終端所需的所有功能。圖 2 顯示了 SBS Technologies 提供的 3U CompactPCI MIL-STD-1553B 接口，稱為 1553-CPC3，該接口使用最先進的 FPGA 技術在單個 3U 大小的卡插槽中實現三個完整的雙冗余 MIL-STD-1553B 通道。

圖2

MIL-STD-1553B與ARINC 429一樣，是聯邦航空電子系統發展的結果。然而，隨著其應用基礎迅速擴展，該標準的固有穩健性使其成為任務系統的主要競爭者。因此，這鼓勵了飛行控制與軍事應用中的任務系統的集成?？偩€的相對較低的帶寬阻止了原始數據的共享，從而在1553年左右建造的任務系統上強加了架構風格。這表現為許多半自主的智能子系統將高度處理的數據（如雷達目標軌跡或導彈警報）傳播到中央計算機。

反過來，這臺中央計算機協助飛行員或機組人員做出戰術決策。隨著傳感器變得越來越有效，系統已經開發出同時攻擊多個目標的能力，1553在這個角色中的局限性正在暴露出來。在子系統之間共享大量原始數據的情況下，有必要通過雷達、紅外和電視等傳感器的專用高速鏈路來補充 1553。然而，已經開發了更快的1553版本，包括光學版本，這可能會改善遺留系統升級的情況 - 但不會達到新系統所需的GHz+速率。

光纖通道 與AFDX一樣，光纖通道代表了將商業技術用于軍事用途的又一次成功嘗試。它是作為商業網絡存儲技術開發的，可在存儲設備、大型機和工作站之間提供非?？斓臄祿俾省Ｋ梢酝瑫r支持多種協議，如SCSI和IP，在將許多不同類型的設備連接在一起時提供極大的靈活性。它被用作FA-18E / F超級大黃蜂和F-35聯合攻擊戰斗機等先進平臺中MIL-STD-1553B的替代品。光纖通道的工作頻率為 2 GHz（光纖）或 1 GHz（銅纜），支持三種主要拓撲結構：點對點鏈路、仲裁環路或與交換機結合使用，作為交換結構。到光纖通道的端口是雙向的，在接收和傳輸時同時支持全數據速率。

光纖通道最適合實施復雜、高性能的任務計算系統，將來自許多傳感器的數據融合到戰術圖片中，并控制許多不同類型的武器系統，因為它的架構具有靈活性和性能潛力。光纖通道可以在沒有交換機的情況下用作局域網 （LAN），使用仲裁環路拓撲在同一或相鄰機箱中的多個處理器之間。但是，為了連接到傳感器和武器系統，交換結構提供更高的帶寬和對結構的確定性訪問?？梢詫w行控制系統集成到光纖通道交換結構中。這將以與 AFDX 相同的方式完成，其中經濟數量的 I/O 子系統將連接到結構上的接入點。

關于航空電子應用的時間觸發協議與事件觸發協議的爭論仍在繼續。時間觸發意味著數據定期采樣并傳輸到主機。ARINC 429是時間觸發系統的一個很好的例子。事件觸發意味著僅在發生更改時才發送數據。許多多任務實時操作系統以這種方式工作，在中斷觸發時切換任務。

CANbus在汽車行業得到了廣泛的應用，具有良好的帶寬，可以配置為在三重和四重冗余系統中運行，隨時可用且價格便宜，似乎是航空電子設備采用的明顯候選者。然而，它本質上是事件觸發的，尚未被選為廣泛的航空電子設備使用。一項新的發展是TTTech的TTP（時間觸發協議），它計劃在航空電子設備和汽車應用中被廣泛采用，作為CANbus的替代品。TTP還可以與AFDX結合使用，作為許多小型子系統和AFDX終端系統之間的連接。

AFDX和光纖通道代表了當今各自市場中最先進的技術，并且其奉獻者投入了大量資源。如果目前的勢頭繼續下去，未來可能只有一種商業技術，而無需對軍用和商用航空電子設備進行航空電子設備的特定修改。

審核編輯：郭婷