基于总线技术的模块化设备研究

姜维刚 韦正 王青锋

摘要：目前，国内外在总线技术的研究和应用上逐步得到发展，国际上存在多种高速数据总线，其中MILSTD-1553B总线、FDDl总线、SFODB总线、lEEE1394总线几种总线在军工、航空航天领域应用最多。随着总线技术的发展和应用，国内外也同步展开了大量的关于模块化设备的研究，在下一代的电力、通信、交通、航天、军工等行业必将得到进一步的发展。

关键词：总线技术 接口适配 模块化设备 动态重组

引言

由于缺乏统一的体系结构设计和接口技术要求标准导致在军工、航天等行业任务系统设备结构尺寸多样、互连方式不一、系统难以兼容，在工作环境下的可靠性、维修性、保障性很难保证，严重影响了设备的效能发挥和履行使命任务的能力。因此急需顶层规划指导下，对设备开展模块化技术研究，在装备“三化”设计原则指导下，论证提出技术体制先进、覆盖领域面广、可操作性强的模块化设计系列标准，进而指导设备模块化设计。

设备模块化有利于实现设备通用、互换，是“三化”的基础。设备模块化的设计减少了设备及其备件的种类，提高了设备的可靠性，降低了使用、維护和管理的难度，从而提高了通信装备的后勤保障能力。

1.国内外研究状况

1.1国外研究状况

国外在军用车辆任务系统模块化建设方面具有成功的经验，基本上是采用标准的集成设计体系和模块化的设备接口。由于现代通信、数字信号处理、计算机和微电子等各种高新技术发展，通信设备的更新速度加快，种类更加繁多，系统更加复杂，从而使部队对设备的使用、维护和管理变得越来越困难。面对这种新局面，国外军事通信装备的决策机构都认为装备模块化是解决上述矛盾的一个战略性举措。一些发达国家早在20世纪70年代就已经采用了模块化的设计方法，而英国从60年代后期就应用模块化概念开发武器系统。美国海军从70年代开始大力推广这一技术。目前，国外模块化技术经过几十年的发展已被广泛应用，技术也不断发展。

1.2国内研究状况

在军工、航天、通信等领域单设备研制领域，设备厂家分别在其电台、交换设备中采用模块化设计理念，将设备分为若干功能模块。但目前不同设备、不同模块还存在接口、结构尺寸不统一等问题。

国内相关机构已开展大量的关于装备模块化理论研究，但在“三化”理论研究还没有得到工程实际验证，而且目前尚没有一个统一的标准体系，能够对设备提供商以及系统集成商的接口标准、物理特性标准、通信体制等进行规范.导致模块化设计在系统级集成设计领域缺乏指导标准，以及缺乏对任务系统模块化程度验证的手段，在这些方面与国外有明显差距。

2.研究目标、研究内容与关键技术

2.1研究目标

目前各领域系统上装设备模块化程度为只能同型号设备互换，其接口和结构形式无法满足任务系统“三化”中模块化要求，通过模块化设备研究，进行接口及结构的统一设计，以满足大容量通信技术及通用化平台设计要求。实现系统集成层面的设备模块化，具有统一体系的接口及结构形态，可根据不同任务系统需求，快速更换相应的任务系统设备，达到相应的需求。

2.2研究内容

模块化设备主要研究内容有：

（1）模块化设备标准的研究

缺乏相关设备模块化标准，导致设备外形结构尺寸、接口定义各不相同。通过模块化标准研究，形成一个统一的标准体系，将设备外形尺寸、接口技术及协议形成统一的标准。

（2）基于通信总线的接口适配技术研究

由于缺乏统一的接口技术要求标准，导致装备任务系统布局混乱、互连方式不一、系统难以兼容，在战场环境下的可靠性、维修性、保障性很难保证。通过采用基于IP通信的大容量通信技术可以提升装备数据交换能力以及实现接口的统一

目前装备上接口类型众多，传输数据类型也各不相同.导致设备接口各不相同，各型车辆上装任务系统布局混乱、互连方式不一、系统难以兼容，设备互换性差。

模块化后装备上装设备具备统一的接口，所有设备对外接口形式及协议统一通过统一的接口直接与模块化箱体组件的背板进行连接，无需再进行别的线缆连接。这就需要模块化箱体的背板设计能够适配各种接口协议，统一转换成IP数据在车内及车际间进行传输。

（3）基于通用化平台模块化结构研究

通过通用化平台研究可实现根据不同任务系统需求，快速构建符合要求的装备，减少承载平台的品种;实现装备快速集成及动态重组功能。模块化后装备任务系统设备具备统一的接口和结构形态，可根据不同任务系统需求，快速更换相应的任务设备，达到相应的任务需求。

模块化后设备应能拆分成最小单元模块，结构形式应满足模块化箱体结构形式，如果设备体积无法做到最小的单元模块，可按最小单元模块的倍数进行扩展。设备都具备统一的电源接口和信号接口，如下图1所示。

（4）人机操作界面虚拟化技术研究

装备上装任务系统设备应支持统一的管理与实时监控，并人机操作界面虚拟化，通过软件界面对设备进行操作。现役装备部分设备可实现在终端上通过软件的集中管控，但大多数设备还是无法实现，各设备只能在自己单设备的控制面板上进行相应的管理和控制操作。“三化”后装备人机操作界面虚拟化，可通过控制总线等技术将设备与终端连接，在终端上进行设备的集中管理和控制，降低了操作的复杂程度，也减少了操作人员的工作量。

（5）统一标准的自检信息、开关机信息及故障代码上报技术研究

装备上装任务系统设备应具备统一标准的自检信息、开关机信息，故障代码上报功能。

2.3关键技术

2.3.1基于车内通信总线的接口适配技术

现役装备上装设备接口类型众多，参考标准也各不相同。而要实现设备的模块化，就要做到接口的统一，从接口接插件类型到接口协议都要做到统一标准，只有这样才能实现设备的互换和动态重组。

目前现役设备接口协议及参考标准众多，通过采用基于IP通信的大容量车内通信技术可以提升装备的车内数据交换能力以及实现接口的统一。将任务系统设备所有的接口协议通过总线的接口适配技术转换成IP数据，然后在总线上进行传输。

2.3.2基于通用化平台模块化结构

通用化的承载平台，可根据不同任务系统需求，快速构建符合要求的装备，减少承载平台的品种，实现装备快速集成及动态重组功能。

模块化后任务系统设备应能拆分成最小单元模块，结构形式应满足模块化箱体结构形式，如果设备体积无法做到最小的单元模块，可按最小单元模块的倍数进行扩展。设备都具备统一接口。

2.3.3人机操作界面虚拟化技术

模块化设备后，通过总线技术将设备连接到终端，所有任务系统设备都可以在终端上通过软件进行实时监控和管理，通过软件对设备进行操作。

2.3.4自检信息及故障代码自动上报技术

模块化设备后，设备具备自检信息、开关机信息及故障代码自动上报功能，将信息传输到虚拟化界面，可以进行实时的监控和管理。

参考文献

[1]余奇等美军JTRS通信体系结构的发展研究。科技信，息2009年笫13期。