1553B總線通信在某型測(cè)試系統(tǒng)中的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法

引言

MIL-STD-1553B 總線是美軍為其航空應(yīng)用定義的串行多路數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸率為1 MHz/s,具有實(shí)時(shí)性好.抗干擾能力強(qiáng).冗余備份.易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，是一種確定的.可靠的.命令/響應(yīng)式數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn).我國于20世紀(jì)90年代引進(jìn)和應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)，目前該標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用在國內(nèi)機(jī)載各設(shè)備間及武器外掛管理上.

某型機(jī)載設(shè)備與載機(jī)火控系統(tǒng)之間采用1553B 總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和時(shí)序控制.本文在研究1553B 總線協(xié)議的基礎(chǔ)上，討論某型機(jī)載設(shè)備總體性能測(cè)試中利用1553B多功能板卡模擬載機(jī)1553B總線通信，實(shí)現(xiàn)機(jī)載設(shè)備總體測(cè)試控制并對(duì)測(cè)試系統(tǒng)與機(jī)載設(shè)備間總線交換信息實(shí)時(shí)記錄.

1 1553B 總線

1.1 1553B總線概述

MIL-STD-1553B總線是一種時(shí)分指令/響應(yīng)多路傳輸數(shù)據(jù)總線，該標(biāo)準(zhǔn)是20世紀(jì)70年代由美國軍方和政府公布的一種串行多路數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn).該總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了飛機(jī)內(nèi)部數(shù)字式的命令/響應(yīng)時(shí)分制多路數(shù)據(jù)總線的技術(shù)要求，同時(shí)規(guī)定了多路總線的操作方式和總線上的信息流的格式一級(jí)電氣規(guī)范.

1553B總線系統(tǒng)主要包括終端模塊.耦合器.電纜.電纜連接器.終端匹配器等，它們通過兩根冗余電纜連接，最多可掛接32個(gè)終端.在總線通信過程中一條總線（A總線）工作，另一條總線（B總線）處于熱備份狀態(tài)；總線耦合有直接耦合與變壓器耦合兩種方式.典型的1553B總線系統(tǒng)應(yīng)用如圖1所示.

總線系統(tǒng)聯(lián)接的終端按其作用分為總線控制器（BC）.遠(yuǎn)程終端（RT）和總線監(jiān)控器（BM或MT）.BC是在總線上惟一的建立和啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的控制終端；RT是數(shù)據(jù)總線上用戶子系統(tǒng)終端，在BC的控制下提取或接收總線數(shù)據(jù)；總線監(jiān)控器（BM或MT）監(jiān)控總線上的信息傳輸，并能對(duì)總線上數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，本身不參與總線通信.每個(gè)終端被分配了惟一的總線形式，各終端之間信息傳輸方式有：BC 到RT?RT 到BC?RT 到RT?廣播方式和系統(tǒng)控制方式.

1.2 1553B總線通信

1553B總線通信以周期為單位批量進(jìn)行，消息是周期內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?總線標(biāo)準(zhǔn)定義了3種字類型：命令字.數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字.每類字的字長為20位：

包括3 位同步頭.16 位信息段及1 個(gè)奇偶校驗(yàn)位，信息字的詳細(xì)格式如圖2所示.

命令字的16位有效消息段依次為5位RT 地址，1位RT端收發(fā)標(biāo)志位，5位RT子地址/方式代碼，5位數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)/方式代碼，數(shù)據(jù)字的16位有效消息為傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)信息，狀態(tài)字的16為有效消息包括5位本RT端地址.8 位指示了通信狀態(tài)和本RT 端及子系統(tǒng)狀態(tài)的信息位，3位備用位.命令字由BC端發(fā)出，狀態(tài)字由被尋址的RT發(fā)出以響應(yīng)BC端的消息.二者同步頭相同，1個(gè)半比特位為高電平，1 個(gè)半比特位為低電平，數(shù)據(jù)字的同步頭和命令字.狀態(tài)字相反，先低電平后高電平.

1553B消息是指由1個(gè)命令字.1個(gè)狀態(tài)字.若干個(gè)數(shù)據(jù)字（字?jǐn)?shù)從0~32 不等）及狀態(tài)字間隔在內(nèi)的傳輸序列.每個(gè)消息至少有2 個(gè)字：1 個(gè)命令字和1 個(gè)狀態(tài)字，最多包含34個(gè)字.如果需要完成一定的功能，就要將多個(gè)消息組織起來，形成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)叫做幀.

1553B總線上消息傳輸?shù)倪^程是：由總線控制器向某一終端發(fā)布一個(gè)接收/發(fā)送指令，終端在給定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)發(fā)回一個(gè)狀態(tài)字并執(zhí)行消息的接收/發(fā)送.BC通過驗(yàn)收RT回答的狀態(tài)字來檢驗(yàn)傳輸是否成功并作后續(xù)的操作.

2 1553B 總線通信設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

某型機(jī)載設(shè)備與載機(jī)火控系統(tǒng)之間通過1553B 總線進(jìn)行總線通信和時(shí)序控制.載機(jī)火控系統(tǒng)作為總線BC端，機(jī)載設(shè)備作為總線RT端.為進(jìn)行設(shè)備的性能測(cè)試，機(jī)載設(shè)備總體測(cè)試設(shè)備（ATE）設(shè)計(jì)1553B總線控制器（BC），模擬飛機(jī)火控系統(tǒng)與機(jī)載設(shè)備進(jìn)行總線通信和設(shè)備控制；同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)與產(chǎn)品的1553B總線交換信息直接影響產(chǎn)品的工作時(shí)序和狀態(tài)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)需要在線記錄和保存總線上所有信息（BM 模式），以便于監(jiān)視產(chǎn)品工作狀態(tài)和故障情況的分析.

根據(jù)系統(tǒng)需要，本方案中選用成都恩菲特公司符合1553B標(biāo)準(zhǔn)的EP-H6273雙通道多功能卡.該板卡有兩個(gè)1553B通道，在同一時(shí)間每個(gè)通道可分別設(shè)置為BC?RT或BM 功能.本系統(tǒng)中該板卡的一個(gè)通道設(shè)置為BC端，每年載機(jī)對(duì)設(shè)備和產(chǎn)品間的總線通信進(jìn)行控制；另一個(gè)通道設(shè)置為BM 端，通過電纜耦合，實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備與產(chǎn)品間的所有總線通信信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄.

1553B終端可以以兩種方式連接到總線：直接耦合和變壓器耦合.直接耦合是用短截線直接連接總線主電纜和終端的方式，其使用方便，但是通信距離比較短，一般在對(duì)距離要求不高的場(chǎng)合使用.變壓器耦合是終端通過耦合變壓器連接到主電纜上的方式，本方式具有良好的抗干擾能力，能夠在長距離總線通信上使用.本方案中測(cè)試系統(tǒng)與產(chǎn)品間有6 m以上的距離，因此采用變壓器耦合連接方式.

2.2 信息設(shè)計(jì)

某型機(jī)載設(shè)備總體測(cè)試中總線控制端（BC）與產(chǎn)品間（RT）的信息通信主要有：同步時(shí)間.產(chǎn)品狀態(tài)矢量字查詢.緩變信息等不同周期的周期信息和控制指令等非周期信息.為保證1553B 總線上周期信息能夠?qū)崟r(shí)完整的傳輸，在傳輸消息之前，應(yīng)按照每條消息的序號(hào)建立消息幀，設(shè)定消息主幀的周期.消息主幀的周期等于所有消息中周期最小的消息的周期，其余周期消息的次幀周期設(shè)置為消息主幀周期的整數(shù)倍.在本方案中，產(chǎn)品的狀態(tài)矢量字直接反映總線通信狀況和產(chǎn)品的工作狀態(tài)，所以將查詢產(chǎn)品狀態(tài)矢量字設(shè)為信息的主幀周期，緩變信息和同步時(shí)間次幀周期為主幀周期的整數(shù)倍.非周期性信息則根據(jù)控制要求實(shí)時(shí)插入到周期信息隊(duì)列中.

2.3 軟件設(shè)計(jì)

EP-H6273 板卡BC 模式支持消息幀編程和消息間隔編程，非周期信息可動(dòng)態(tài)插入到信息隊(duì)列中；BM 模式支持100%消息監(jiān)測(cè)和紀(jì)錄，并且每個(gè)消息有32位時(shí)間標(biāo)簽，方便進(jìn)行精確消息間隔和響應(yīng)時(shí)間分析.某型機(jī)載設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)中1553B 通信的初始化和軟件設(shè)計(jì)如圖3所示.

AutoConnectFirst（）函數(shù)：此函數(shù)自動(dòng)連接找到的第一個(gè)板卡，并返回句柄供其他函數(shù)使用.

BM_Init（）函數(shù)：初始化BM操作，在所有的BM操作之前必須調(diào)用此函數(shù).

BM_TimetagWrite（）函數(shù)：指定通道從指定的時(shí)間戳開始計(jì)數(shù).

BM_StartStop（）函數(shù)：開始和結(jié)束BM操作，參數(shù)為0時(shí)停止BM操作，參數(shù)為1時(shí)開始BM操作.

對(duì)于BC操作，在進(jìn)行BC其他設(shè)置之前，首先要通過BC_Init（）函數(shù)將板卡設(shè)置為BC功能板卡.

BC_Init（）函數(shù)：進(jìn)行BC操作初始化，在進(jìn)行BC操作之前必須調(diào)用此函數(shù).此函數(shù)含有多個(gè)參數(shù)，分別用來指示BusA或者BusB為可用總線.MinorFrame頻率設(shè)置.不響應(yīng)時(shí)間設(shè)置.最遲響應(yīng)時(shí)間和重試條件設(shè)置.

BC_messageWrite（）函數(shù)：將消息發(fā)送到緩沖器，也用來定義主幀的開始和結(jié)尾消息.BC_StartStop（）函數(shù)：開始和結(jié)束BC 操作，參數(shù)為0 時(shí)停止BC操作，參數(shù)為1時(shí)開始BC操作.

BC_AperiodRun（）函數(shù)：在BC模式的消息隊(duì)列中插入一次性發(fā)送信息，可以提高或降低信息的優(yōu)先級(jí).

1553B 總線通信軟件與測(cè)試系統(tǒng)軟件一起進(jìn)行初始化，軟件完成初始化后即開始進(jìn)行總線監(jiān)控；根據(jù)某型機(jī)載設(shè)備的工作流程，在產(chǎn)品加電后進(jìn)行矢量字查詢.系統(tǒng)時(shí)間和緩變周期信息通信，并根據(jù)軟件界面控制指令在周期信息通信中插入一次性指令信息，在測(cè)試結(jié)束后停止總線通信.

3 結(jié)論

本文對(duì)1553B 總線通信系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹.該方法在某型機(jī)載設(shè)備測(cè)試系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了總線通信的控制和在線監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定.本設(shè)計(jì)方法對(duì)其他設(shè)備和測(cè)試系統(tǒng)1553B 總線設(shè)計(jì)具有一定的借鑒和參考價(jià)值.