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2017-01-05

FC总线技术简介(三)

在上一期的“FC总线技术简介(二)”中,我们详细介绍了FC-AE系列标准,并认为FC-AE-1553总线技术是FC-AE最有代表性的技术之一,是满足未来航空航天发展需求的优选标准之一。因此,在这一期中,我们将从FC-AE-1553总线的系统组成、拓扑结构及与MIL-STD-1553兼容性等方面详细介绍FC-AE-1553总线技术。

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1. FC-AE-1553简介

FC-AE-1553 是 Fiber Channel-Avionics Environment-Upper Layer Protocol MIL-STD-1553B Notice 2 的简称,是在光纤通道的 FC-4 层实现对传统MIL-STD-1553B Notice 2 总线协议的映射,以实现在实时的航空应用中,以命令/响应的模式进行具有确定性的通信。协议之所以在 FC-4 层实现对传统总线协议的映射,其目的在于使得现有的 MIL-STD-1553B 网络设计、软件和硬件进行平滑升级。FC-AE-1553 网络既具有 MIL-STD-1553B 网络的基本特性,又具有光纤通道的良好网络性能,是对 MIL-STD-1553B 很好的传承。

2. FC-AE-1553总线的拓扑结构和系统组成

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FC-AE-1553总线可采用交换式和总线式的拓扑结构,如图1和图2所示。交换式及总线式拓扑结构均采用双总线冗余结构,双总线可以互为热备份,提高了系统的可靠性。交换式结构支持224-1个节点,同时该结构支持FC-AE-1553、FC-AE RAW模式、FC-AE-ASM协议等,总线式结构支持32个节点,允许用户根据需求自动配置节点数目。交换式和总线式结构均支持1/2/4Gbps的网络传输速率且误码率不大于10-1

支持网络连接异常自动切换的差错控制策略,支持桥接设备1553B设备接入网络并正常通信。

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FC-AE-1553 网络的主要构成包括网络控制器(NC:Network Controller),若干网络终端(NT:Network Terminal)及兼容传统1553B总线的RT (Remote Terminal ,远置终端) 的桥设备(Bridge,BG),网络监视器(NM: Network Monitor)以及FC-AE交换机或若干光纤耦合器(OC: Optical Coupler)组成的光纤分配网络(ODN: Optical Distribution Network),如图1和图2所示。

同一FC-AE-1553 网络可以桥接多个MIL-STD-1553B 网络,多个桥接到 FC-AE-1553 网络的 MIL-STD-1553B 网络具有传统 MIL-STD-1553B 网络相同的功能。一个 MIL-STD-1553B 网络可以连接多个 MIL-STD-1553B 协议桥,但同一时刻只有一个桥是有效的。

(1) 网络控制器

网络控制器(Network Controller,以下简称 NC),是 FC-AE-1553 网络中发出命令的节点,在一个 FC-AE-1553 网络中可能有一个或多个活跃的 NC,这些 NC的主要功能是决定网络中的数据传输过程。每一次 FC-AE-1553 网络中的数据交换都是由 NC 发起数据传输命令开始的,相当于 MIL-STD-1553B 总线中的BC。

(2) 网络终端

网络终端(Network Terminal,以下简称 NT),对FC-AE-1553 网络中的 NC所发出的命令进行响应,NT 是连接到光纤通道网络的传感器接口或者子系统接口,其主要功能是根据 NC 发起的命令,在子系统和光纤通道网络间传送数据

(3)FC-AE-1553 协议桥

FC-AE-1553 协议桥是桥接MIL-STD-1553B 网络与 FC-AE-1553 网络的设备,其作用是使 FC-AE-1553 网络中的 NC 能控制 MIL-STD-1553B 网络中RT 的信息传输。FC-AE-1553 协议桥的操作是与传统 MIL-STD-1553B 网络和它的 RT 的具体特性无关的。其操作过程为:FC-AE-1553 协议桥收到来自 FC-AE-1553 网络的命令序列,协议桥中的总线控制器将此命令序列转换成 MIL-STD-1553 的消息后将其通过 MIL-STD-1553B 总线传送给 RT。在 RT 用 MIL-STD-1553 的状态字或者数据做出响应后,协议桥将此响应转换成 FC-AE-1553 的状态序列或者数据序列,并将其传送到光纤通道网络。

(4)交换机

交换机是实现FC-AE-1553网络交换式结构的重要组成部分,主要为NT与NT之间通信提供通路,有效的降低网络阻塞率等,为FC-AE产品性能、功能评估和优化提供重要支持。

(5)ODN

ODN主要是由NC与NT之间所有的光缆、无源器件(光耦合器或光分路器)和线路辅助设施组成,将一个NC与多个NT连接起来,实现信号的传输。

3. FC-AE-1553 对MIL-STD-1553B的兼容性

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FC-AE-1553网络通过桥接实现对传统MIL-STD-1553B总线设备的平滑升级。FC-AE-1553 总线与 MIL-STD-1553B 总线有着诸多的相同点和不同点。控制器方面,MIL-STD-1553B总线内只有一个BC,而在 FC-AE-1553网络中可能有一个或多个激活的 NC。NC 主要的作用在于安排 FC-AE-1553 的数据传输。终端方面,MIL-STD-1553B 总线的 RT 始终是被动的,而 FC-AE-1553 网络中的一些节点可以通过动态网络控制功能同时作为 NC 和 NT 来工作。传输格式方面,与传统的MIL-STD-1553B 总线类似,FC-AE-1553总线也有十种传输方式。但在 NT-to-NT和 NT-to-NTs 的交换上,FC-AE-1553总线有了是否 NC 监控的选项。上图为FC-AE-1553网络对MIL-STD-1553B的桥接示意图。

 

下表给出了两总线技术的对比。

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4. FC-AE-1553网络特性

FC-AE-1553 在光纤通道的上层协议实现了对 MIL-STD-1553B 协议的映射,同时根据应用的环境和背景进行了一些功能的扩展主要体现在以下几个方面。

高速率传输:相比MIL-STD-1553B协议支持1Mbps的传输,FC-AE-1553网络支持1/2/4Gbps的网络传输速率;

支持更多的节点数目:最多可支持224个节点数目;

采用光纤作为传输介质:FC-AE-1553采用光纤作为传输介质,提高了可靠性,具备了更高传输速率、更强的实时性及更低的误码率;

组网方式灵活:FC-AE-1553支持总线式和交换式拓扑结构,具有灵活的组网模式;

支持大文件传输功能:FC-AE-1553的一次交换最大可传送4.3GB数据字节;

实时可确定性:FC-AE-1553网络是实时可确定性网络,较FC-AE-ASM,不存在堵塞的问题;FC-AE-1553更适合控制数传一体化网络。

 

 


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