一、背景及意义

近年来随着空间探测的不断深入，各种航空航天飞行器对数据传输的要求也是越来越高。航空航天界关注的总线主要包括 Spacewire、Ethernet、FC、SFODB、1553b、IEEE1394、SAE AS5643等。

Spacewire 总线是为了满足航空航天领域的总线应用标准，欧空局于 2003 年提出的一种专门用于高空网络数据传输的总线标准，其单条总线最高传输数据速率达 400Mbps，目前在器件方面的最高传输数据速率为 200Mbps，由于传输速率不够高限制在航空航天的应用。

Ethernet 是 Xerox 公司于 1975 年成功研制的一种采用 CSMA/CD 介质访问方式的局域网技术。但是由于缺乏等时机制，不适合传输低延迟和实时性的数据，限制其在航空航天领域的使用。

FC 即光纤通道技术是美国国家标准协会（ANSI）于 1993 年公开的一种有机结合计算机通道技术和网络技术的标准技术。该技术其最大传输速率可达10Gbps，但是由于设备商之间对其协议的解释不同，使得光纤通道的使用很大程度上依赖于厂商，从而限制了它在航空航天的使用。

SFODB 即航天光纤数据总线，是美国国防部（DOD）及国家航空和宇航局（NASA）于 1999 年联合开发制定的。它是一种支持串行和并行两种传输方式的环形拓扑结构总线，速率可达 200Mbps~1Gbps。但是由于技术困难和资金昂贵等原因放弃了航空航天的应用。

1553b 总线又名 MILSTD1553B 总线，是一种设备间传输的协议，美国军方定义为专门用于飞机上设备之间信息传输的总线标准。我国首先将 1553b 总线应用于航天领域，随着神州系列飞船的成功发射，该总线在我国航天领域也得到了极大的推广，但是由于其速率太低（只有 1Mbps），近来限制了它在航空航天领域的应用。

为了突破传统总线在传输速率、带宽、延时、实时性上的瓶颈，以及克服由于技术原因导致资金破费等，航空航天领域必须寻求一种既能保证实时性又能保证速率的总线。1394 总线是苹果电脑公司于 1986 年率先起草的一项总线标准技术，由于其高速特性，1995 年 IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）正 式 把 它 作 为 一 种 工 业 标 准 公 布 ， 并 且 官 方 名 称 为 高 性 能 串 行 总线IEEE1394-1995 标准。后经过 IEEE1394a-2000 修订、 IEEE1394b-2002 修订IEEE1394c-2006 修订形成了完整的 IEEE1394 总线标准。

该总线标准具有支持点对点通信、节省系统资源、数据传输独立无需主机干预、各个设备之间可以相互连接通信无需经过网络服务器的控制、同时支持异步和同步两种传输模式；另外该总线标准除了传输数据外，其连接还可以当作电源线，为移动装置提供充电功能；IEEE1394 总线标准最大传输速率可达 3.2Gbps；

SAE AS5643 是近来随着航空系统的飞速发展，为了满足对数据传输带宽，确定性，实时性等性能的越高要求而对 IEEE1394 总线标准加以限定和扩展的总线协议。SAEAS5643 在充分发挥 IEEE1394 总线标准强大功能的同时，更好的利用了 1394 总线网络节点（远程节点）的智能，实现了实时和分布式传输控制，满足了航空航天领域的高速、高可靠、低延迟、确定性等要求。

二、AS5643协议特点

AS5643系统可由多个BRANC通道、BUS通道、节点共同搭建出一个复杂、冗余的安全数据交互系统，且系统中任意一个节点失效，并不会影响其他节点的数据传输，非常适合在飞行控制系统中使用。

1. 异步流包：AS5643 协议的通信主要是基于异步仲裁的异步流包实现，具有公平仲裁、异步周期传输、通道号可分配、支持单节点与多通道交互和多节点与单通道交互等。
2. STOF：帧开始包，利用帧开始包总线网络不需要等时资源管理器周期性发送循环开始包来实现网络同步。
3. 预分配通道号：AS5643网络中，每个节点由等时资源管理器为其预先分配通道号。即使网络拓扑结构发生复位或者改变，该通道号的属性都不会发生改变。
4. 预分配带宽：系统根据特定应用，为每个节点预先分配一定的偏移时间，在该偏移时间内节点需要完成特定的数据传输。
5. 垂直奇偶校验：为了加强系统对容错机制的检测，在每个数据包包尾添加作为 1394 链路层产生的 CRC 校验的一个附加 VPC（垂直奇偶校验）校验。
6. 匿名签署消息（ASM）：ASM 主要用于总线系统中的传感器、显示器以及处理器之间低延迟、可靠的、确定的通信。ASM使用消息 ID 降低了由于使用物理地址而造成的网络通信拥堵，使得主机可以完成通信不需要依赖于获取网络拓扑结构信息。

三、AS5643典型应用

飞行控制（简称“飞控”） 系统对实时性、确定性、可靠性的要求较高，另外，总线传输也要求具有静态配置、高速、容错等特点。

AS5643（MIL1394B）协议明确定义了 1394b 总线在军事和飞行控制系统中的典型应用。 为了满足飞控系统的要求，采用 AS5643（MIL1394B）总线来实现系统互联和高速数据传输，该总线传输速度快、传输距离长，可以实现实时、确定的点对点传输，近年来在军工、航天、航空等领域应用广泛。

VISION-AS5643由硬件部分和软件部分共同组成，实时性高，可搭建复杂AS5643系统，亦可用来验证、模拟单个节点数据收发功能。

硬件部分：

• 支持多板卡、每板卡1-3路标准AS5643协议节点（每节点3个PORT端口）；
• 速率支持S100β (98.304Mb/s)、S200β (196.608Mb/s) 、S400β (393.216Mb/s)；
• 支持CC模式、RN模式、BM模式；支持网络拓扑结构获取；
• 各通道接收数据可通过配置进行存盘或实时内存方式获取；
• 采用PCIE-GEN2协议进行数据传输，带宽5GB，实时传输速率>300MB。

软件部分：

• 网络拓扑图刷新；
• 各节点工作模式、预分配通道、预分配带宽等设置；
• 各节点PHY寄存器、中断信息、状态信息设置及显示；
• 收发数据帧、STOF帧解析。

便携式工控机：

1.内部可扩展4个PCIE槽；
2.CPU可选择I5、I7、I9等系列；
3.操作系统可以选择WIN7、WIN10、WIN11、LINUX、VX；
4.支持双以太网网卡接口、多USB3.0接口等；
5.采用外接隔离9-36V隔离电源供电。

PC

PCIE-AS5643板卡：

1.支持1~3路AS5643节点，每节点3个PORT端口；
2.支持速率100M/200M/400M；
3.支持CC/RN/BM模式；
4.支持网络拓扑图信息实时更新；
5.时间戳精度1us，支持软件时间同步。

VISION-AS5643集硬件软件于一体，可自由搭建高安全高、可靠性、复杂且冗余的AS5643链路；可实时开发或模拟各节点收发状态、数据、视频、或传感器等数据，实时性能高（<500us）；支持硬件解码CRC、VPC校验，单帧数据可扩展至4KB；帧收发偏移精度1us，SFOF帧1ms~1000ms可配置；支持网络拓扑结构信息获取；支持PHY寄存器、中断信息、状态信息获取；支持WINDOWS、LINUX、VX等操作系统，软件操作简单便捷。

总结

利用VISION-AS5643，可完全验证或模拟军用、航天总线AS5643系统各个链路、节点的状态，使客户在开发过程中与目标平台功能保持一致的同时，开发团队可以优化开发周期，缩短开发和验证时间。该平台为软件开发人员提供了多种硬件开发环境，可使软硬件的开发同时进行，并能够再最终目标机上无缝移植。