1553B总线通信在某型测试系统中的硬件和软件设计方法

引言

MIL-STD-1553B 总线是美军为其航空应用定义的串行多路数据总线标准，其数据传输率为1 MHz/s,具有实时性好.抗干扰能力强.冗余备份.易于扩展等优点，是一种确定的.可靠的.命令/响应式数据通信标准.我国于20世纪90年代引进和应用该标准，目前该标准已广泛应用在国内机载各设备间及武器外挂管理上.

某型机载设备与载机火控系统之间采用1553B 总线实现数据通信和时序控制.本文在研究1553B 总线协议的基础上，讨论某型机载设备总体性能测试中利用1553B多功能板卡模拟载机1553B总线通信，实现机载设备总体测试控制并对测试系统与机载设备间总线交换信息实时记录.

1 1553B 总线

1.1 1553B总线概述

MIL-STD-1553B总线是一种时分指令/响应多路传输数据总线，该标准是20世纪70年代由美国军方和政府公布的一种串行多路数据总线标准.该总线标准规定了飞机内部数字式的命令/响应时分制多路数据总线的技术要求，同时规定了多路总线的操作方式和总线上的信息流的格式一级电气规范.

1553B总线系统主要包括终端模块.耦合器.电缆.电缆连接器.终端匹配器等，它们通过两根冗余电缆连接，最多可挂接32个终端.在总线通信过程中一条总线（A总线）工作，另一条总线（B总线）处于热备份状态；总线耦合有直接耦合与变压器耦合两种方式.典型的1553B总线系统应用如图1所示.

总线系统联接的终端按其作用分为总线控制器（BC）.远程终端（RT）和总线监控器（BM或MT）.BC是在总线上惟一的建立和启动数据传输任务的控制终端；RT是数据总线上用户子系统终端，在BC的控制下提取或接收总线数据；总线监控器（BM或MT）监控总线上的信息传输，并能对总线上数据进行记录和分析，本身不参与总线通信.每个终端被分配了惟一的总线形式，各终端之间信息传输方式有：BC 到RT?RT 到BC?RT 到RT?广播方式和系统控制方式.

1.2 1553B总线通信

1553B总线通信以周期为单位批量进行，消息是周期内数据传输的最小单位.总线标准定义了3种字类型：命令字.数据字和状态字.每类字的字长为20位：

包括3 位同步头.16 位信息段及1 个奇偶校验位，信息字的详细格式如图2所示.

命令字的16位有效消息段依次为5位RT 地址，1位RT端收发标志位，5位RT子地址/方式代码，5位数据字计数/方式代码，数据字的16位有效消息为传输的有效数据信息，状态字的16为有效消息包括5位本RT端地址.8 位指示了通信状态和本RT 端及子系统状态的信息位，3位备用位.命令字由BC端发出，状态字由被寻址的RT发出以响应BC端的消息.二者同步头相同，1个半比特位为高电平，1 个半比特位为低电平，数据字的同步头和命令字.状态字相反，先低电平后高电平.

1553B消息是指由1个命令字.1个状态字.若干个数据字（字数从0~32 不等）及状态字间隔在内的传输序列.每个消息至少有2 个字：1 个命令字和1 个状态字，最多包含34个字.如果需要完成一定的功能，就要将多个消息组织起来，形成一个新的结构叫做帧.

1553B总线上消息传输的过程是：由总线控制器向某一终端发布一个接收/发送指令，终端在给定的响应时间内发回一个状态字并执行消息的接收/发送.BC通过验收RT回答的状态字来检验传输是否成功并作后续的操作.

2 1553B 总线通信设计

2.1 硬件设计

某型机载设备与载机火控系统之间通过1553B 总线进行总线通信和时序控制.载机火控系统作为总线BC端，机载设备作为总线RT端.为进行设备的性能测试，机载设备总体测试设备（ATE）设计1553B总线控制器（BC），模拟飞机火控系统与机载设备进行总线通信和设备控制；同时测试系统与产品的1553B总线交换信息直接影响产品的工作时序和状态转换，系统需要在线记录和保存总线上所有信息（BM 模式），以便于监视产品工作状态和故障情况的分析.

根据系统需要，本方案中选用成都恩菲特公司符合1553B标准的EP-H6273双通道多功能卡.该板卡有两个1553B通道，在同一时间每个通道可分别设置为BC?RT或BM 功能.本系统中该板卡的一个通道设置为BC端，每年载机对设备和产品间的总线通信进行控制；另一个通道设置为BM 端，通过电缆耦合，实时对设备与产品间的所有总线通信信息进行监测记录.

1553B终端可以以两种方式连接到总线：直接耦合和变压器耦合.直接耦合是用短截线直接连接总线主电缆和终端的方式，其使用方便，但是通信距离比较短，一般在对距离要求不高的场合使用.变压器耦合是终端通过耦合变压器连接到主电缆上的方式，本方式具有良好的抗干扰能力，能够在长距离总线通信上使用.本方案中测试系统与产品间有6 m以上的距离，因此采用变压器耦合连接方式.

2.2 信息设计

某型机载设备总体测试中总线控制端（BC）与产品间（RT）的信息通信主要有：同步时间.产品状态矢量字查询.缓变信息等不同周期的周期信息和控制指令等非周期信息.为保证1553B 总线上周期信息能够实时完整的传输，在传输消息之前，应按照每条消息的序号建立消息帧，设定消息主帧的周期.消息主帧的周期等于所有消息中周期最小的消息的周期，其余周期消息的次帧周期设置为消息主帧周期的整数倍.在本方案中，产品的状态矢量字直接反映总线通信状况和产品的工作状态，所以将查询产品状态矢量字设为信息的主帧周期，缓变信息和同步时间次帧周期为主帧周期的整数倍.非周期性信息则根据控制要求实时插入到周期信息队列中.

2.3 软件设计

EP-H6273 板卡BC 模式支持消息帧编程和消息间隔编程，非周期信息可动态插入到信息队列中；BM 模式支持100%消息监测和纪录，并且每个消息有32位时间标签，方便进行精确消息间隔和响应时间分析.某型机载设备测试系统中1553B 通信的初始化和软件设计如图3所示.

AutoConnectFirst（）函数：此函数自动连接找到的第一个板卡，并返回句柄供其他函数使用.

BM_Init（）函数：初始化BM操作，在所有的BM操作之前必须调用此函数.

BM_TimetagWrite（）函数：指定通道从指定的时间戳开始计数.

BM_StartStop（）函数：开始和结束BM操作，参数为0时停止BM操作，参数为1时开始BM操作.

对于BC操作，在进行BC其他设置之前，首先要通过BC_Init（）函数将板卡设置为BC功能板卡.

BC_Init（）函数：进行BC操作初始化，在进行BC操作之前必须调用此函数.此函数含有多个参数，分别用来指示BusA或者BusB为可用总线.MinorFrame频率设置.不响应时间设置.最迟响应时间和重试条件设置.

BC_messageWrite（）函数：将消息发送到缓冲器，也用来定义主帧的开始和结尾消息.BC_StartStop（）函数：开始和结束BC 操作，参数为0 时停止BC操作，参数为1时开始BC操作.

BC_AperiodRun（）函数：在BC模式的消息队列中插入一次性发送信息，可以提高或降低信息的优先级.

1553B 总线通信软件与测试系统软件一起进行初始化，软件完成初始化后即开始进行总线监控；根据某型机载设备的工作流程，在产品加电后进行矢量字查询.系统时间和缓变周期信息通信，并根据软件界面控制指令在周期信息通信中插入一次性指令信息，在测试结束后停止总线通信.

3 结论

本文对1553B 总线通信系统的软硬件设计方法进行了介绍.该方法在某型机载设备测试系统中得到成功应用，实现了总线通信的控制和在线监测，系统工作稳定.本设计方法对其他设备和测试系统1553B 总线设计具有一定的借鉴和参考价值.