1、航空测控应用中的总线技术概览2航空总线按照总线传输性能100kbps1Mbps10Mbps100Mbps1GHz1Gbps10GbpsF-35,F-18 E/FA 380/Boeing 787/C919欧洲“台风”，“阵风”ARINC429应用机型举例：应用机型举例：1553BSTANAG 3910IEEE 1394b光纤信道光纤信道ARINC 629AFDX/ARINC 6647373用于航空测控应用的总线标准GPIBVMEbusIEEE 1588USBTMCSynthetic Instrument WGFireWire is a trademark of Apple Inc.registe
2、red in the U.S.and other countries.NI平台支持所有开放的总线标准平台支持所有开放的总线标准ARINC-429MIL-STD-1553CAN测试总线行业总线AFDX4议程测试总线分立式仪器控制总线模块化仪器控制总线混合总线测试系统行业总线常见航空总线概述5测试总线又称仪器控制总线通过测试总线，PC上的软件可以控制各种仪器并进行数据通信测试总线可分为两类分立式仪器控制总线模块化仪器控制总线(又称内部总线)6分立式仪器控制总线控制分立式仪器并与之进行数据通信SerialUSBLANGPIB7GPIB/IEEE-488专为测试仪器设计的总线广泛的行业应用最大程度适用
3、于仪器设备鲁棒性和可靠性30余年来的兼容性适用于:自动化现有的设备混合系统专用仪器的系统488.2 最高带宽:1.8 Mbytes/sHS488最高带宽:8 Mbytes/s带宽分布:共享传输延迟典型值:几十s8USB在PC上的通用性低成本接口 即插即用适用于:便携式台式应用低成本系统8带宽:60 Mbytes/s(USB 2.0)带宽分布:所有端口共享传输延迟典型值:100 s9LAN/以太网在PC上的通用性远程功能低成本接口适用于:分布式系统远程监控9100BASE-T最高带宽:12.5 Mbytes/s(快速以太网)1000BASE-T最高带宽:125 Mbytes/s(Gigabit以
4、太网)带宽分布:网络间共享传输延迟典型值:1ms10LXI 为同步的分布式设备提供新兴的标准LXI为独立的LAN仪器增加可选的触发功能 需要为1588和有线的触发总线同步配备专用硬件10NI PCI 1588Hirschmann LAN开关，具有1588边界时钟功能11模块化仪器控制总线(内部总线)PXI/PXIePCI/PCIeVME/VXI12VME/VXI较早的军用/航空系统内部总线专用仪器设备适用于:维护现有的ATE系统构架12VXI最高带宽:40 Mbytes/s带宽分布:共享传输延迟:1s13PCI和PCI Express(PCIe)最佳的带宽和延迟在 PC上的通用性为系统带来较低
5、的成本适用于:高性能系统数据量要求大的系统集成数种仪器13PCI带宽:132 Mbytes/sPCI带宽分布:共享PCI Express带宽(x8):2Gbytes/sPCI Express带宽分布:每插槽专用传输延迟:1s,最好14PXI继承PCI技术的优势增加同步和触发总线针对尖端应用的可靠性和坚固性设计适用于:高性能系统数据量要求大的系统集成数种仪器14PXI带宽:132 Mbytes/sPXI带宽分布:共享传输延迟:1s,最好15PXI Express(PXIe)将PCIe技术引入PXI进一步提高带宽扩展了同步和触发功能增加100 MHz 差分时钟和差分式触发软件与PCI/PXI完全兼
6、容混合插槽设计兼容PXI设备15PXI Express带宽(x8):2Gbytes/sPXI Express带宽分布:每插槽专用传输延迟:1s,最好16Peer-to-Peer 通讯进一步扩展系统的带宽输输入入处处理理输输出出处处理理输输入入输输出出输输入入处处理理处处理理1 GigaBytes/s1 GigaBytes/s1 GigaBytes/s1 GigaBytes/s1 GigaBytes/s17Peer-to-Peer 应用举例实时信号处理实时信号处理PXIe-5122数字化仪FlexRIO FPGA模块P2P数据流数据流(板载滤波)18PXI Express标准的进一步发展 123
7、4系统控制器系统控制器外围模块外围模块外围模块外围模块处理模块处理模块H5外围模块外围模块外围模块外围模块H6H处理模块处理模块外围模块外围模块7H8PXIe背板背板控制器控制器控制器控制器控制器控制器19议程测试总线分立式仪器控制总线模块化仪器控制总线混合总线测试系统行业总线常见航空总线概述20混合总线测试系统 各种总线有其各自适用场合 由于历史原因,需要兼容既有系统中不同总线的仪器设备问题问题:选择何种总线作为系统的核心总线选择何种总线作为系统的核心总线?21各种测试总线传输延时和带宽比较211000010001001010.1100001000100101增加的带宽减少的延迟传输延迟(s
8、)最大带宽(MB/s)IEEE 1394aGigabit EthernetUSB 1.1GPIB(488.1)USB 2.0Fast EthernetVME/VXIPCI/PXI(32/33)PCI Express(x4)GPIB(HS 488)更好最好好22演示:PXI与台式仪器测试速率比较PXI Express vs LXI Connection23总线速度的发展24混合总线测试系统的核心PCI/PXI(Express)最适合作为混合总线测试系统的核心最优的带宽和延迟特性确保处理总线不会成为系统的瓶颈与其他测试总线的连接性、开放性基于PC技术的开放标准,组件更易获得,并可不断利用PC技术的
9、最新发展25例:通过PXI连接GPIB,USB,LAN设备USBGPIBLAN26以PXI为中心的混合总线测试系统VXIPXIMXI-2,USB 2.0,GPIB,或LANGPIB,USB,LANPXIMXI-4 易于连接其他测试总线 高带宽,低延时 定时和同步27基于PXI实现分布式应用GPIBUSBLAN/LXIPXI/PXIeUSBGPIBLAN/LXIPXI/PXIe同步线缆GPS,1588PXI/PXIe28通过软件构建混合总线测试系统测试管理软件测试管理软件测试开发软件测试开发软件系统服务与驱动系统服务与驱动处理总线平台处理总线平台模块化模块化I/O仪器控制仪器控制PXI/PXI
10、Express模块化模块化I/O驱动驱动PXI/PXI Express模块化模块化I/OVISAGPIB,Serial,USB,LANNI LabVIEWLabVIEW和NI驱动服务大大简化了集成ATE的过程IVI29VISA虚拟仪器软件架构VISASerialGPIBVXIUSB虚拟仪器软件架构(VISA)标准使用户不需要关心具体的底层总线协议和命令，而直接用仪器命令完成仪器控制30LabVIEW即插即用式仪器驱动基于VISA的,针对某一特定仪器开发的一组API在LabVIEW下遵循统一的规范开发，便于安装和修改提供了更加方便的调用接口像对NI模块化仪器编程一样简单 对超过对超过9,000种
11、仪器提供驱动种仪器提供驱动31IVI 可互换虚拟仪器仍然基于VISA技术，由国际组织制定规范将具有相似功能的仪器归为一类抽象出其特征，进而开发出针对这一类仪器的驱动 LabVIEW即插即用式驱动:针对某一仪器,如HP34401A IVI驱动:针对某一类仪器,如数字万用表,示波器 优缺点 更加灵活 安装、配置、修改相对较复杂32LabVIEW中使用模块化I/O驱动、VISA、即插即用式驱动以及IVI33议程测试总线分立式仪器控制总线模块化仪器控制总线混合总线测试系统行业总线常见航空总线概述34常见航空总线ARINC-429MIL-STD-1553AFDXNI提供这些航空总线模块，构建完整解决方案
12、PXI模块系列，支持全功能测试、仿真和监测支持PXI触发和定时35ARINC-429 飞机电子系统之间数字式数据传输的标准格式 单向串行异步传输 最高带宽100kBytes/s(高速)基本传输单位:32位字AIT ARINC 429模块模块4、8、16或32路可通过软件编程的（TX/RX和高/低速）通道面向速率的定期数据块标签传输，带有故障注入功能按时间顺序(每通道)捕获数据，带有故障检测功能板载时间标签时钟与外部IRIG或PXI系统时钟同步36MIL-STD-1553 美军方机载设备信息传输总线 时分串行总线,最高带宽1Mb/s 半双工,曼彻斯特II码 三种类型的终端 总线控制器 远程终端
13、总线监控器 分布处理、集中控制和实时响应 基本传输单位:消息AIT MIL-STD-1553 适合分析、仿真、监测和测试MIL-STD-1553A/B数据总线1、2或4通道双冗余，具有故障检测与注入功能BC、多个RT(31)和BM并行操作，用于扩展型功能接口板载时间标签时钟与外部IRIG或PXI系统时钟同步37AFDX 航空电子全双工交换式以太网 通过异步传输模式解决802.3以太网的缺陷,保证带宽 星型拓扑,管理方便,容易扩展 不存在总线竞争 严格的说，AFDX是一种网络技术，而非总线技术AIT AFDX模模块块 双通道 高达128条输出虚拟链路和512输入VL 高达1024个输出和4096个输入采样和队列消息端口 板载管理的上层协议处理(A653、UDP、IP)支持ARINC 664系统仿真38总结总线总线测试总线测试总线行业通信总线行业通信总线内部总线内部总线分立式仪器控制总线分立式仪器控制总线以PXI为中心连接所有总线NI对各种开放总线提供支持
