基于ARINC664标准的AFDX通信协议概述
原文：https://m.sohu.com/a/118254555_372691
参考：https://www.doc88.com/p-0962547407940.html
随着现代电子技术发展，机载导航、机载控制和机载娱乐设备等复杂航空电子系统的不断增多，航空电子系统之间协同工作的情况越来越多，因此，数据交换的频率和带宽需求也越发增大。传统的航空总线单向传输形式如ARNIC429、1553B等因为带宽太小已很难满足系统需求，
随着90年代起波音公司B777民用客机的推出，一种双向传输的航空总线-ARINC629在飞机中进行应用。这种总线是在ARINC429的基础上，结合1553B的优点开发出来的。其规范所规定的数据传输速率为2Mbps，为1553B总线速率的2倍，基本上能满足现代航空电子系统高速数据的传输要求，但是，ARINC629总线因为系统复杂价格昂贵，制造商大规模推广成本较高。
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各大飞机制造商都在寻找一种能够推广的低成本总线技术，虽然互联网广泛使用的IEEE802.3以太网提供高速低成本，并具有广泛商业的用途。但是它不能提供航空电子系统所需的鲁棒性及不能保证的带宽和服务质量，因此，无法作为应用于要求实时性高、可靠性高和带宽大的新一代航空总线。为此，波音和空客公司合作进行研究，通过以太网技术(IEEES02.3)为基础，来建立下一代航空数据总线，这项研究促使航空电子全双工通信制以太网交换(AFDX)的诞生，使用AFDX技术能够在很大程度上提高航空计算机网络的通信性能，便于航空电子系统的扩展和维护，减少系统布线，减轻飞机重量，目前此系统已经成功应用于空中客车公司的A380飞机、波音公司的B787飞机上。
AFDX基本原理：
航空电子全双工通信制以太网交换(AFDX)是一个基于标准定义的电子协议规范(IEEE802.3和ARINC 664 Part7)，用于航空子系统之间进行数据交换，理论传输速度比ARINC429速度快1000倍。
图1 数据传输链路速度
它提供一个高达24个终端系统的星形拓扑来连接从一个交换机桥接到其他的交换机内部网络。这个稳定性的网络允许连接冗余(双物理连接)来保证带宽和服务质量。AFDX还允许连接其他标准总线(如ARINCA29或者MIL-STD-1553等)到网络，并且允许通过网关和路由与其他适应ARINC-664但非确定的网络进行通信。AFDX地址没有采用IEEES02．3以太网标准，而是采用电信标准的异步传输模式的概念，这种对以太网标准的扩展使得在确定的网络中能够保证带宽和服务质量。系统组成见图2。
图2 系统组成
基于AFDX网络的航空电系统
采用AFDX协议的模块化航空电子系统结构的通信系统具有以下特点：
(1)开放式系统结构：
开放式系统结构是指对接口、服务和支持形式等采用充分定义的、广泛使用的、公众支持的非专利规范，以完成系统功能的物理和逻辑实现，只需要做很小的更改就能在很广泛的系统范围内合理地使用。国际标准化组织定义了开放式系统互联参考模型(OSI)，OSI将通信系统分成7个功能层，每一层执行一定的功能．这样把网络要执行的全部功能分解到相互独立、容易处理的若干层之中，并且相对独立，每层的改变不会引起其他层的改变。任意两个系统只要遵守此基准模型和相关标准协议就可以互联。生产厂家、管理配置、技术水平、复杂程度不同的系统只要遵守OSI分层模型协议．两个信息处理系统都可以互联进行通信。AFDX是一种开放式系统结构，满足开放式系统互连参考模型的要求。
(2)资源共享：
AFDX采用交换机技术，终端系统与交换机相连．就能与其它终端系统进行数据变换，电缆资源共享．使系统电缆数量减少，重量减轻。另外，在一个综合处理机箱中，各个不同的航电模块共享一个终端系统，通过终端系统与外界交换数据。而在传统的航电系统中，一个LRU对应一个总线接口单元，资源比较浪费。
(3)分区技术：
在航空电子系统中，一个核心模块可以支持一个或多个航空电子应用软件，并保证这些应用软件相互独立运行。对运行在核心模块上的多个应用软件按功能可划分为多个分区，一个分区由一个或多个并发执行的进程组成，分区内所有进程共享分区所占有的系统资源。操作系统对分区所占用的处理时间、内存和其它资源拥有控制权，从而使得核心模块中各分区相互独立。ARlNC653标准提出了在核心综合处理机上分区的概念，各个分区之间通过采样或排列端口进行通信．AFDX正好具有采样和队列端口．支持ARlNC653操作系统的这种分区技术。AFDX的。分区”技术也表现为将带宽分配给通信通道，AFDx一个数据源对应一个通信通道，即虚拟链路．一个终端系统可支持多条虚拟链路．这些虚拟链路集中在一条物理链路上，共享网络带宽。虚拟链路按照带宽分配间隔进行传输，不会引起碰撞。
(4)有保障的服务(Guaranteed Service)：
AFDX网络与广域网的一大区别便是提供有保障的服务，能够控制传输的确定性和可靠性。AFDX的确定性主要提高在网络的最大传输延迟控制上，AFDX虚拟链路都有带宽分配间隔和最大的帧尺寸，传输过程中引起的抖动有一定的范围限制，是相对可控的。在这种机制保障下，AFDX帧可按一定的顺序，顺利地进行传输。AFDX网络还引入了余度的概念，帧可以同时在两条独立的路径上传输，接收端系统只接收先到达的有效帧，所以，AFDX网络具有一定的可靠性，满足航空电子系统的要求。
(5)网络结构灵活、可扩展性强：
AFDX网络拓扑结构为星型网络，一个交换机最多具有24个端口，交换机之间可以级联，扩大数目，一个终端的接入或拔出不会引起其他终端软件的更改。另外，AFDX可以分区域构成若干个局域网，每个局域网由功能相近的设备连接构成。各个局域网之间可通过交换机级联来连接，这种连接方式更接近于广域网的使用，适合分阶段开发的系统。
ARlNC664标准定义的AFDX网络具有高实时性、高确定性和高可靠性的特点。在航空领域，模块化设计越来越普及的今天，AFDX网络好比坚定的基石，将为未来航空电子设计搭起良好的平台。