1553B總線控制器雙機熱備份設計

摘 要:1553B總線作為一種高可靠的總線技術，廣泛應用運用于軍事領域。由于1553B總線雙冗余備份的只是總線傳輸通道，而總線上的控制器沒有熱備份，一旦總線控制器出現故障，則整個總線將癱瘓。主要論述一種利用軟件實現總線控制器的雙機熱備份設計思想和方法，此方法易于實現，效率很高，并有效地防止了工作BC和備用BC的誤切換，實踐驗證，這種設計切實可行，有一定的通用性。

關鍵詞:1553B總線; 總線控制器; 雙冗余; 雙機熱備份

中圖分類號:TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)07-0039-02

Design on Dual-module Redundance of 1553B Bus Controller

YIN Jie-bo， ZHANG Shu-bin

(Jiangsu Automation Research Institute of CSIC， Lianyungang 222006， China)

Abstract:1553B bus as a high reliable bus technology has been widely used in the military field. The whole bus would be paralyzed if the bus controller does not have a backup and the bus controller fails because the dual redundance of 1553B bus is just a redundant bus transmission channel. The design ideology and method to implement the dual-module redundance of bus controller by means of a software are discussed. This method is easy to implement and is efficient， can prevent the incorrect transfer between misuse BC and standby switching BC. The practical application proves that this design is feasible and versatile.

Keywords:1553B bus; bus controller; dual redundance; two module redundance

0 引 言

1553B總線是美國軍用標準MIL-STD-1553B時分制指令/響應式多路傳輸數據總線的簡稱，由美國在20世紀70年代提出，具有傳輸速率快(1 Mb/s)、很好的差錯控制能力、強實時性等特點，已經廣泛運用于軍事領域。

1553B總線由一個總線控制器(BC)，若干個(最多31個)遠程終端(RT)，如果需要的話還可以加上總線監視器(BM)組成。BC是總線信息通訊的發起者和組織者，即總線上所有的消息傳輸都由總線控制器發出的指令來控制，相關終端對指令應給予回答并執行操作。1553B總線是雙冗余的傳輸線，總線都是雙備份的，增強了系統的可靠性。但是，由于總線上只能存在一個BC，如果BC出現故障，則整個總線將癱瘓。本文針對此問題，提出了一種BC的雙冗余熱備份的設計方法。

1 1553B總線工作原理

1553B總線是一種命令/響應式總線，總線控制器是總線信息通訊的發起者，同時總線上所有信息的傳輸又均由BC來控制和激勵。為了實現命令與控制式通信方式，1553B總線標準規定了三種類型的字格式:命令字、數據字、狀態字，字的長度為20 b，其前三個比特位作為傳輸同步信號，最后一個比特位為奇偶校驗位，余下的中間16個比特位為數據位。字格式見圖1[1]。

圖1 1553B總線字格式

標準還定義了十種信息命令/響應傳輸格式，所有格式都使用上述三種字類型。十種信息傳輸格式分兩組:一組是非廣播信息傳輸格式[1](見圖2)，另一組是廣播信息格式[1](見圖3)。

圖2 1553B非廣播信息傳輸格式

(1) 非廣播信息傳輸格式

BC→RT:BC給RT一個接收命令后，發送規定數目數據字，RT接收后，向BC返回狀態字;

RT→BC:BC給RT一個發送命令后，RT向BC發送狀態字和數據字;

RT→RT:BC給一個RT接收命令;給另一個RT發送命令，該RT確認發送命令后向總線上發送狀態字和數據字;接收完畢，接收數據字的RT向BC發狀態字。

(2) 廣播信息格式

在廣播方式下，由BC或RT發送的信息傳送到連接在數據總線上的一個以上的遠程終端，廣播消息不需向BC發送狀態字，只需將狀態字中的第15位置1即可。

圖3 1553B廣播信息傳輸格式

2 功能設計

在網絡上設置兩臺總線控制器，其軟硬件配置完全相同，其工作流程如下:

兩臺總線控制器先后開機，首先都初始化為RT，并接收工作BC發送的周期消息，如果沒有收到周期消息，并等待一定時間后認為工作BC已下線或總線上沒有BC，重新初始化為工作BC，并開始向特定的RT發送周期消息。這樣先開機的一臺作為工作BC，另一臺作為備用BC，工作于RT方式，一定的時間如果沒有收到BC的周期消息，則自動啟動為工作BC。其流程如圖4所示。因此總線控制器程序中包含BC和RT兩部分功能。

圖4 總線控制器工作流程圖

2.1 BC功能設計

在1553B的系統中，信息是以消息的形式進行傳輸的，因此對總線控制器編程的關鍵就是對消息的組織。BC消息處理采用幀的方式，每一幀的時間長短可以自己設置，每一幀傳輸的消息內容也由自己設置。一般情況下，將要發送的消息按協議規定的格式組織成一個命令表，BC啟動時加載后按命令表安排消息。

在設計中，工作BC需向備用BC發送周期消息，因此首先需設置時鐘進程，用以啟動BC周期消息;然后進行1553B接口卡初始化，根據需要設置相關寄存器，接下來設置中斷向量，掛接中斷處理程序，然后加載周期消息命令表，啟動BC。這樣總線控制器就以BC方式開始工作，根據需要，可以增加一些報文出錯重發、超時等異常情況的處理。

2.2 RT功能設計

因為備用BC僅用來監控工作BC的工作狀態，只接收一條特定的消息，因此將備用BC接收消息設計成查詢方式，通過讀取時間標志寄存器的時間，來判斷在周期內是否收到BC的消息。假定BC消息周期為T1，如果超過T2時間沒有收到消息則認為BC下線(T2≥T1)。RT程序查詢到消息則復位時間標志寄存器，如果沒有消息則讀取時間標志寄存器的值T3，如果T3≤T2，則繼續查詢;如果T3>T2，則首先復位1553B板，然后按BC的初始化流程重新初始化1553B板，啟動為工作BC。

3 設計在實踐中的應用

為了驗證設計的可行性，設計并實現了一套原型系統，設計中采用符合1553B標準的Ballard Technology公司的LP1553-3 PCI卡，在Windows 2000下進行了實現。BC消息周期T1設置為50 ms，并對消息出錯進行了A、B總線切換重發處理，BC下線判斷時間T2設置為80 ms，為了方便檢驗總線熱備份是否成功及切換時間，采用總線監測儀監測，周期消息發送時刻，然后關閉工作BC，備用BC啟動重新啟動后，查看監測數據，此時網上仍然有消息，則說明切換成功，在關閉工作BC時的最后一條消息時間，與切換后第一條消息的時間差即為工作BC和備用BC切換所需的時間。經過反復試驗均可成功切換，經監測數據表明切換時間大約為110 ms。另外判斷時間比BC消息周期略大，有效地防止了BC消息周期超時情況下備用BC的誤切換。本設計方案的設計思想已在某艦載武器系統中得到了很好的應用。

4 結 語

本文描述的總線控制器熱備份的設計方法經過實踐證明實際可行，此種方法用軟件實現，不僅簡單，而且效率很高，并且有一定的通用性。設計完成后，實現了總線控制器的熱備份，可大大的提高整個1553B網絡的可靠性。

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