1553B電纜網(wǎng)絡(luò)測(cè)試方法研究

摘要：介紹了MIL-STD-1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：MIL-STD-1553B；電纜網(wǎng)絡(luò)測(cè)試；1553B測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

隨著航機(jī)電一體程度的日益提高，作為當(dāng)前宇航電子設(shè)備首選的數(shù)據(jù)總線，MIL－STD－1553B總線(以下簡(jiǎn)稱1553B總線)的地位日益突出，已廣泛運(yùn)用于航空航天、海上武器、地面武器等領(lǐng)域。作為星載／箭載／機(jī)載／艦載／車載等控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)總線，1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)的可靠性直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，總線故障甚至?xí)斐呻y以估計(jì)的損失。有關(guān)1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)加工、系統(tǒng)組裝前等各環(huán)節(jié)的檢測(cè)，顯得至關(guān)重要。因此，如何對(duì)1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面有效的檢測(cè)是長(zhǎng)期以來(lái)的一個(gè)重要課題。

1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)

MIL-STD-1553B總線全稱是：飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令／響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線，采用可屏蔽雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，以串行數(shù)字脈沖形式傳輸信號(hào)，其碼元數(shù)據(jù)采用雙相曼徹斯特碼表示，傳輸速率為1Mbit／s。1553B總線能夠掛32個(gè)終端，采用指令／響應(yīng)型通信協(xié)議，終端類型有三種：總線控制器(Bc)、遠(yuǎn)程終端(RT)和總線監(jiān)視器(BM)，信息傳輸格式有BC到RT，RT到BC，RT到RT，廣播模式和系統(tǒng)控制模式。作為1553B總線數(shù)據(jù)的傳輸媒介，1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)為多冗余度總線拓?fù)湫徒Y(jié)構(gòu)，連接于各個(gè)1553B終端設(shè)備之間，完成1553B協(xié)議數(shù)據(jù)通信。一個(gè)完整的1553B電纜網(wǎng)絡(luò)(如圖1所示)包括主總線(主干部分)、短接線(連接于各個(gè)終端的分支部分)、耦合器(主總線與短接線的連接點(diǎn))、終止器(連接于主總線兩端)。

作為當(dāng)前宇航電子設(shè)備首選的數(shù)據(jù)總線，國(guó)軍標(biāo)以及美軍標(biāo)對(duì)1553B總線的測(cè)試檢驗(yàn)都作了詳細(xì)說(shuō)明。GJB5186.5以及SAE4115的對(duì)15538總線電纜網(wǎng)絡(luò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和方法作了相關(guān)規(guī)范，但其中涉及到的儀器繁多，不利于綜合測(cè)試。依照GJB5186.5、SAE4115以及MIL－STD－1553B標(biāo)準(zhǔn)，1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試檢驗(yàn)需要進(jìn)行：網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)故障測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路完整性測(cè)試、波形測(cè)試一網(wǎng)絡(luò)定性分析、波形畸變值Vmin、過(guò)零點(diǎn)畸變Zcross、波形對(duì)稱性Rtzero等。

其實(shí)，測(cè)試系統(tǒng)可配置為一個(gè)智能的15538終端測(cè)試設(shè)備。它可以連接在1553B總線網(wǎng)絡(luò)的任意一個(gè)終端上，然后通過(guò)軟件控制可以任意工作在BC／RT／BM模式；跟總線網(wǎng)絡(luò)上其它所有的終端設(shè)備進(jìn)行各種數(shù)據(jù)通信，從而測(cè)試被測(cè)終端設(shè)備的各個(gè)功能是否正常。同時(shí)在進(jìn)行終端設(shè)備功能測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)可以注入或檢測(cè)數(shù)據(jù)字錯(cuò)誤、命令字錯(cuò)誤等各種通信錯(cuò)誤，從而可以快捷而準(zhǔn)確地定位被測(cè)終端的功能故障。

1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

傳統(tǒng)上，1553B電纜網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)的全面測(cè)試，需要用到萬(wàn)用表、特性阻抗分析儀、示波器、時(shí)域反射儀等儀器，整個(gè)測(cè)試過(guò)程十分繁瑣，實(shí)施難度大、耗時(shí)長(zhǎng)，難以形成統(tǒng)一測(cè)試報(bào)告，效率以及可靠性很低。

1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)有效地解決了以上問(wèn)題，可以對(duì)1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面的定量、定性測(cè)試分析，整個(gè)過(guò)程全自動(dòng)完成，無(wú)須人工干預(yù)，最終形成詳細(xì)的測(cè)試分析報(bào)告，可大大提高測(cè)試效率以及可靠性。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用柜式結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，主要包括有系統(tǒng)人機(jī)交互界面，系統(tǒng)控制處理器，1553B總線測(cè)試專用控制器(實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)1553B總線信號(hào)激勵(lì)源、測(cè)試輔助分析以及測(cè)試切換控制等)，數(shù)據(jù)采集模塊，測(cè)試接口面板(實(shí)現(xiàn)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的接人)以及打印機(jī)(測(cè)試結(jié)果報(bào)表打印)。圖2是整個(gè)系統(tǒng)的功能框圖。

系統(tǒng)功能模塊

本系統(tǒng)的某些模塊可以直接選用現(xiàn)有模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試控制流程、數(shù)據(jù)分析、算法實(shí)現(xiàn)等工作的系統(tǒng)控制處理器，采用穩(wěn)定性很好的工控機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互部分配合工控機(jī)選用液晶顯示器、鍵盤鼠標(biāo)、打印機(jī)(實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果報(bào)表的打印輸出)，并結(jié)合測(cè)試界面軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)采集以及阻抗分析模塊采用具有編程接口的數(shù)字示波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

專用測(cè)試控制器

1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)專用測(cè)試控制器有兩大功能：作為電纜測(cè)試的信號(hào)源，產(chǎn)生測(cè)試用的標(biāo)準(zhǔn)1553B數(shù)字信號(hào)以及正弦波等激勵(lì)信號(hào)：完成測(cè)試過(guò)程中信號(hào)源輸入以及信號(hào)采集端的切換。專用測(cè)試控制器的功能框圖如圖3所示。

處理器系統(tǒng)模塊以及1553B總線信號(hào)源控制器模塊采用FPGA CycloneIEEP3CSSF484裝載S698 IP核+1553BIP核的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。珠海歐比特公司自主研發(fā)的S698 IP核是一款可裁減的基于AMBA總線架構(gòu)的內(nèi)核，片內(nèi)帶有豐富的外設(shè)，具有很好的可靠性，已廣泛運(yùn)用于航空航天領(lǐng)域。1553BIP核也是歐比特公司專門為航空、航天測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備開(kāi)發(fā)的符合ls53B協(xié)議的總線控制器模塊。該模塊內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了1553B總線協(xié)議處理器和總線數(shù)據(jù)收發(fā)器，可以完成總線控制器(BC)、遠(yuǎn)程終端(RT)和總線監(jiān)視器(BM)三種總線設(shè)備的功能。此處S698 IP核和1553B IP核均具有可剪裁性，根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的需要可以對(duì)其功能進(jìn)行增加或堿除。

1553B軟核在BPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)全部MIL－STD-1553B總線協(xié)議的硬件解析，但1553B信號(hào)電平的邏輯轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)需要在外部通過(guò)收發(fā)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。這里選用HOLT公司的1553B總線收發(fā)驅(qū)動(dòng)器HI-1573進(jìn)行設(shè)計(jì)。

綜合考慮系統(tǒng)的功能需求，程序存儲(chǔ)器采用了SST公司的8位FLASH，型號(hào)為39VF040(512×8bit)，占用處理器的地址范圍為：0x0000000～0x0007ffff；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用了ISSI公司的16位SKAM，型號(hào)為IS61LV51216(s12×16bit)，占用處理器的地址范圍為：0x4000000～0x400fffff。

通道切換開(kāi)關(guān)模塊主要完成激勵(lì)信號(hào)選擇性輸入到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)以及選擇性采集被測(cè)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)信號(hào)，因此用于選擇導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)必須具有導(dǎo)通電阻小、導(dǎo)通電容小等特性，從而極大減小開(kāi)關(guān)對(duì)激勵(lì)信號(hào)或被采集信號(hào)的影響。綜合考慮各方面因素，選擇歐姆龍繼電器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

為了最大限度地兼容通用的1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)的接入測(cè)試，接口面板按照可接入32路1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)的需求來(lái)設(shè)計(jì)，同時(shí)每組接插件都是由1個(gè)孔型(DK-621-0940－4s)和1個(gè)針型(DK-621-0940-4P)插座組成，以兼容外部的針型(DK-621－0939-4P)和孔型插頭(DK-621－0939－4S)。

1553B總設(shè)備功能測(cè)試模塊

此模塊主要是完成終端設(shè)備的功能測(cè)試，模擬一個(gè)終端設(shè)備工作在BC／RT／BM模式下，跟總線網(wǎng)絡(luò)上其它所有的終端設(shè)備進(jìn)行各種數(shù)據(jù)通信，從而測(cè)試被測(cè)終端設(shè)備的各個(gè)功能是否正常。這里選用了珠海歐比特公司研發(fā)的基于PCI接口的1553B功能測(cè)試設(shè)備EMBl000-PCI1553B-EI，直接插在系統(tǒng)控制器工控機(jī)的PcI槽上即可集成在本系統(tǒng)中。EMBC1000－PCI1553B-EI功能強(qiáng)大、并提供vc++環(huán)境下的接口函數(shù)，易于系統(tǒng)集成。它具有以下功能特點(diǎn)：

1，操作方式、寄存器設(shè)置以及存儲(chǔ)器布局等方面同BU-61S80完全兼容；

2，支持BC、RT、BM工作模式；

3，獨(dú)立的1553B控制器。

軟件編程

軟件主要包括上層測(cè)試界面軟件和1553B總線測(cè)試專用控制器的底層固件兩部分。

界面軟件用vc++語(yǔ)言編寫，控制工控機(jī)的PcI、USB、RS232等外設(shè)接口，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)1553B總線終端設(shè)備功能側(cè)測(cè)試設(shè)備EMBC1000－PCI1553B-EI、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的泰克數(shù)字示波器以及1553B總線網(wǎng)絡(luò)專用測(cè)試控制器等各個(gè)模塊的控制。

專用控制器的底層固件主要是實(shí)現(xiàn)S698處理器對(duì)1553B控制器的控制，包括數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等，采用標(biāo)準(zhǔn)c編程，程序調(diào)試在歐比特公司開(kāi)發(fā)的針對(duì)SPAR V8標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)處理器的開(kāi)發(fā)環(huán)境Orin5.0上完成。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹了如何實(shí)現(xiàn)對(duì)1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可靠有效的測(cè)試檢驗(yàn)，最終提出一個(gè)1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的方案，從而解決了傳統(tǒng)測(cè)試的設(shè)計(jì)測(cè)試儀器繁多、過(guò)程繁瑣、實(shí)施難度大、效率和可靠性低的問(wèn)題。該方案已經(jīng)進(jìn)行實(shí)施，形成了產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)大量的驗(yàn)證測(cè)試。該系統(tǒng)可以完成1553B總線電纜的全面、快捷、有效可靠的測(cè)試，已經(jīng)廣泛運(yùn)用于航空航天、海上武器，地面武器等領(lǐng)域。