afdx网络协议原理设计与测试技术培训前言

Ⅰ AFDX总线协议规范的3.1 AFDX以太网帧格式：

AFDX数据包帧格式与IEEE802.3以太网的帧格式基本相同，AFDX帧格式如图所示，目标地址和源端地址包含着终端的MAC地址，事实上IP地址信息包含在IP结构模块中。UDP结构区别应用端口，AFDX信息有效载荷为17到1471数据。虚拟路径是通过1字节的序列号接来提供，它在以太网帧协议的校验和之前，范围可以是从1到255，当到达255后翻转到1，序列号0是保留对终端系统的复位。
AFDX网络地址是基于终端的MAC地址，ARINC664没有特别的规则来分配MAC地址，这个任务留给系统管理者来完成，但必须遵从IEEE802.3说明的本地管理规范。例如：在波音飞机的应用中，16位全部都可以用来设置的；而在空客的应用中，只有低12位被用到，而高4位均被置零。源端地址必须唯一，源端地址包含用来区别两个连接的冗余网络的MAC地址，目标地址是一个多播地址，包含16位的虚拟连接标识符。

图2 AFDX以太网帧协议格式

Ⅱ AFDX总线协议规范的3.2 AFDX以太网冗余备份：

为避免可能因交换机某一网络出现故障而无法正常通讯，在AFDX系统中有两个独立的交换网络（如图所示）——A网络和B网络，每个包通过终端系统同时发送到这两个网络，因此正常情况下每个终端系统将会收到两个包，终端系统通过数据包的序列号来区别数据包来自A网络还是B网络，并检查数据包的帧校验序列来决定是否采用还是丢弃该帧。通过对数据进行冗余管理，就可以很好的保证数据包安全准确地传输到目的地，也就是提高了服务质量。

图3 AFDX网络冗余连接

Ⅲ 帮忙翻译一下

Along with the computer, the mechanics of communication, the microelectronic technology and the networking progress unceasingly and develop, the computer communication is turning toward high speed, real-time, distributed, the safe direction to develop, simultaneously also gave the avionics system's development to provide a better platform and the foundation, the avionics system turns toward from the integration take the exchange of information as the center, highly the integrated in-depth development, also day by day grew to the supervelocity electron data connection's need, and requested through the data comprehensive and the high speed network enhances its performance. The Airbus company takes the lead on its newest development's A380 airplane to use advanced full-plex exchange type ethernet AFDX (Avionics Full DupleX Switched Ethernet) the air data main line, can provide the very high data transfer rate, and reces on light machinery's electric cable weight largely. AFDX was between aviation electronics' data exchange has provided electrical and the agreement standard, it was the establishment, in the Airbus company proposed most early above the AFDX concept, its data transfer rate was ARINC 429 several thousand times. this article introced the avionics main line's historical development and the domestic and foreign research present situation, elaborated the ethernet historical development and the background knowledge, embarked from the avionics network characteristic had pointed out the ethernet had merit and existence question, thus drew out the overseas avionics domain the AFDX aviation main line which used. this article in analyzes the new generation avionics system characteristic in the foundation, introced that the AFDX avionics main line's structure and the principle, introced the AFDX communication protocol and the hardware realize the plan. Introced simply ACTEL Corporation the overall project design which proposed for the avionics full-plex exchange type ethernet, introces core10/100 with emphasis the MAC mole the function and the internal function block component.

Ⅳ AFDX总线协议规范的4.3 AFDX互联网

一个全双工交换以太网，通常由一个以太网交换机把以太网帧数据传输到合适的目的地。AFDX互联网的以太网交换技术是一个有别于传统的单工的ARINC429 、点到点的技术和MIL—STD—1553总线技术。在AFDX的航空网络系统中（如图4）所示，两个终端系统提供分别为3个航空子系统一个通讯接口，第三个终端系统为应用网关提供了接口；同时它也为其他航空子系统之间提供通讯通道和扩展IP网络，专门用来进行数据的下载和登陆。
5、 基于AFDX航空计算机网络的性能分析
首先我们简单通过带宽、通信模式、终端数量等，对各种不同类型的总线进行对比如下表所示： 总线技术 ARINC 429 1553B ARINC 629 Ethernet AFDX 带宽（HZ） 100KB 1MB 2MB 1GB 100MB 通信模式 单工 半双工 半双工 半双工 全双工 终端数量 20个 32个 120个 不限 不限（理论上） 走线难度 复杂 中等 中等 简单 简单 价格成本 较低 较高 高 低 较低 可靠性 较高 较高 较高 低 高 通过我们可以通过框图对各种总线的价格进行比较，我们可以看到，与传统的总线相比，AFDX由以下优势：
（1）有保证的服务质量：与传统的以太网相比，AFDX的延时时间短，服务质量更高。
（2）AFDX的传输速率高：带宽100MHZ，远远高于其他的类型的航空总线。
（3）AFDX网络的鲁棒性高：AFDX的双冗余备份网络可以在某一个网络出现故障时，仍能正常通讯。
（4）简化走线难度：以往的航空总线系统中所有的设备之间必须通过双绞线相连，才能正常通讯；而使用AFDX，如图4所示，每个端点不需要单独连接到内部平台，每个终端只要与交换机直接相连，而不管网络内部平台有多少个端点，这样就在很大程度上减少走线，因此也可以减轻飞机的重量。
（5）终端子系统数量不受限制：如在ARINC429，一个发送源端最多只能有20个接收者，在MIL-STD-1553总线，一个BC最多只能连接32个RT;而AFDX，从网络内部平台连接的航空子系统的数量只跟交换机端口的数量有关，很容易满足增加子系统的需求。
（6）成本低：它通过已经实现商业用途的以太网技术进行开发，在很大程度上缩短了开发周期，和生产成本。
6、总结：
通过对AFDX的协议进行分析和比较，证明采用AFDX的航空计算机网络，可以提供更大更稳定的传输带宽，改善数据传输的服务质量（QoS）。同时使用AFDX还可以减少航空计算机网络间的布线，从而减轻了飞机的重量；此外，基于AFDX的网络拓扑非常灵活，可以很容易对飞机的子系统进行更新和增加，这样就可以很方便对飞机进行升级和维护，对我国大飞机的计算机网络的设计具有一定的参考价值。

Ⅳ AFDX总线协议规范的3.4 数据交换处理

通过AFDX可以确定数据包发送和接收的时间，从而消除半双工可能出现的传输冲突。如下图1所示：每个航空子系统如自动驾驶、抬头显示等直接连接到由两组双绞线组成的全双工交换机。其中一组双绞线是用来传输，另一组双绞线是用来接收，交换机能够同时对发送和接收的数据包进行缓冲。

图1、
AFDX交换机的接收和发送缓冲区里面都能够根据先入先出的原则存储大量的对输入/输出数据包。I/O处理单元（CPU）把数据报从输入的接收缓冲区转移到输出传输缓冲区，通过检查下一行接收缓冲区到达的数据包，来决定他的目标地址（虚拟连接标志），并查找转发列表来决定从哪个发送缓冲区来接收这个数据包。通过存储总线和传输（FIFO）顺序，将数据包拷贝到该发送缓冲区，通过发送缓冲区把数据发送到航空子系统或其它交换机中。这种涉及到存储转发体系结构的全双工交换机排除了半双工以太网遇到的问题，简单的说就是消除了冲突。
4、航空计算机网络系统组成设计：
如图1所示，一个AFDX系统由以下部分组成

图4、AFDX系统组成

Ⅵ AFDX总线协议规范的3.3 虚拟连接

AFDX网络的核心是虚拟连接（virtual link）。每个虚拟连接建立了一个从源终端系统到多个目标终端系统的无方向的逻辑部分，每一个虚拟连接都分配一定的带宽配额，虚拟连接的数量是由一个完整的系统来定义的。创建虚拟连接的总带宽不能超过网络最大的可用带宽。对于不太重要的通讯网络，AFDX允许建立子虚拟连接（sub-VLs），虽然带宽对虚拟连接是有保证的，但对子虚拟连接是没有保证的。
如图所示：当源端系统（1）把一个（VLID）= 100的虚拟连接识别码的以太网帧发送到以太网中，AFDX交换机把这个以太网帧转发到指定目标终端系统（2和3），终端系统（2和3）能同时收到来自终端系统1的以太网帧。也就是说多个虚拟连接能同时接收来自同一个终端系统的信息，并且每个虚拟连接也可以从一个或多个通信端口获取信息。