基于1553B總線的星載相機地面檢測程序通用化設計

崔艷召 何欣 杜以強

（北京空間機電研究所，北京 100094）

0 引言

目前，1553B總線已成為衛星平臺與相機分系統間進行通信的有效選擇。其使用特點是：各類星載相機的1553B總線通信協議均不一致，通信的應答方式和數據的傳輸模式也多種多樣。為了在不同1553B總線通信進行地面測試時，有效地降低地面測試程序的開發難度，提高程序的開發效率，保證接口程序的一致性和地面測試程序的可靠性，國內外航空、航天領域提出了1553B總線通信測試的通用化設計方向[1-2]。本文設計一套1553B總線通信進行地面測試時的通用化接口程序，可以適應不同型號的星載相機采用1553B總線進行數據傳輸的需求。

要使不同型號星載相機的1553B總線通信測試通用化，要求程序接口和代碼具有通用度高、可靠性高和實時性強的特點。本文基于VC編程技術，借鑒程序通用化的設計思想，通過給上位機界面提供通用、高度集成的接口函數，實現1553B總線通信地面測試程序的通用化。

1 通信電路的硬件設計

本文設計的數據通信電路由4部分組成：CPCI(compact peripheral component interconnect)接口協議電路單元、現場可編程門陣列（field programmable gate array，FPGA）時序和邏輯電路單元、1553B總線通信電路單元、秒脈沖電路單元（產生秒脈沖信號，并以此觸發1553B總線發送秒脈沖對應的時刻數據），如圖1所示。

圖1 通信電路的結構Fig.1 Block diagram of the communication board

CPCI接口電路單元采用的協議芯片為PCI9054[3-5]（其配置芯片為NM 93CS56），主要特點如下：

1）具有可選的串行EEPROM接口；

2）CPCI與本地總線的數據傳送速率高達132Mbyte/s[6-7]；

3）本地總線時鐘由外部提供，該時鐘可與CPCI時鐘異步；

4）具有8個32bit的Mailbox寄存器和2個32 bit的Doorbell寄存器；

5）本地總線速率高達50MHz；支持復用/非復用的32bit地址/數據；本地總線有三種模式：M模式、C模式和J模式，可利用模式選擇引腳加以選擇。

FPGA時序和邏輯電路單元選擇的芯片為EP1C3T144，該款芯片具有2910LE邏輯單元，13條M 4KRAM（共6.5Kbyte），還有1個數字鎖相環。EP1C3T144與PCI9054的連接如圖2所示[8-9]。

圖2 EP1C3T144與PCI9054連接圖Fig.2 The connection between EP1C3T144 and PCI9054

1553B協議定義了一個多元數據總線。該標準不僅定義了串行數據總線的數據格式、命令/響應方式、時分割等技術，而且定義了數據總線及其接口的電氣特性。BU-61580高級通信引擎為主處理器和1553B總線間提供了完全集成化的接口，實現了總線控制器（BC），遠程終端（RT）和監視器終端（MT）模式[10-13]。

2 通用接口程序

2.1 通用接口函數概述

不同型號星載相機的1553B總線協議不同，對應RT的協議及其地面檢測系統的上位機界面也有較大差別。不同的協議會造成1553B總線通信程序頻繁改動，不但降低了程序的可靠性，而且降低了地面檢測系統的研發效率。為了解決這些問題，本文設計了通用接口程序。該程序為上位機提供了統一的調用函數，使各型星載相機的1553B總線協議在此接口處實現了統一調用。增加通用接口程序后的地面檢測系統只需修改上位機的操作界面，無需進行其他改動，即可滿足RT進行1553B總線通信測試的要求。

1553B總線通信地面檢測系統如圖3所示，包括上位機界面、通用接口程序、底層驅動和1553B總線通信板卡（包含BC）。本文設計的通用化接口程序是連接上位機界面與底層驅動的橋梁。通用接口程序接收上位機的統一調度，根據不同參數來做相應的配置，通過底層驅動和CPCI總線連接1553B總線通信板卡，最后由BC來實現與RT的通信。

利用本文設計的程序通用，上位機對星載相機進行1553B總線通信測試時的操作流程如圖4所示。

圖3 1553B總線通信地面檢測系統結構Fig.3 Themodule of checkoutsystem for 1553B bus communication

圖4 上位機調用1553B總線程序流程圖Fig.4 The flow of PC calling 1553B bus program

本程序在運行時，只需對此接口函數的參數進行設置，即可滿足不同類型協議的需要，也可設置中斷函數，來滿足1553B總線突發數據的傳輸。本文設計的通用化接口程序由5部分組成：BU-61580寄存器設置函數、1553B總線數據幀收發函數、中斷響應函數、電路板復位函數以及其他輔助函數[14-15]。

2.2 寄存器設置函數

由于不同類型的協議對1553B總線的使用設置和數據傳輸屬性不同，要實現接口通用化，須將各類協議使用的設置參數化，以方便上位機選擇使用。本文對BU-61580寄存器設計了通用設置函數，函數為重要的設置均留有通用的接口參數。寄存器設置的函數名為：

BOOLReg_1553_Func(REG_SET_STRUCT*pREG_SET_STRUCT)

其中的參數為結構體指針，具體定義如下：

使用時可根據不同型號的需要對此接口函數的參數進行不同的設置，具體參數的定義見表1。

表1 寄存器設置結構體參數表Tab.1 The parameters of register-setting structure body

2.3 數據幀收發函數

在同一類協議中，通常存在不同類型的數據傳輸，如：不同的消息傳輸模式（一般消息、矢量字和廣播消息）、不同幀內消息的個數不相同、不同消息內字的個數不相同等，本節的通用函數就是針對上述問題設計。數據幀收發函數如下：

BOOL Me_1553_Func(byte Me_Num,bool direction,byte Word_Num1,byte Word_Num2,byte Word_Num3,byteWord_Num4,ME_SET_STRUCT*pME_SET_STRUCT)

在使用此函數時，可根據不同協議的需要對其參數進行設置，具體參數的定義可參考表 2。在進行1553B總線數據幀傳輸時，本文設計的一幀內消息的最大個數為4個。

表2 數據幀收發函數參數表Tab.2 The parameters of data frame sending and receiving function

其中，ME_SET_STRUCT是結構體指針*pME_SET_STRUCT的實體。

在開機時，為了保持數據的識別統一性，初始化的值都設置為0，數據幀收發函數結構體參數見表3。

表3 數據幀收發函數結構體參數表Tab.3 The parameters of structure body of data frame sending and receiving function

為增加消息傳輸的可靠性，所有不同類型的消息地址均不相同，可以避免不同類型數據的沖突。

2.4 中斷函數

此中斷函數的作用是為了配合秒脈沖信號，在1553B總線上輸出對應秒脈沖時刻的數據。同時，上位機也可以此為時間基準進行地檢設備內部校時。此中斷函數為：void Open_Interrupt(void)。

在VC++6.0編制測試界面時，需聲明消息響應：ON_MESSAGE(WM_PCI9054_INTERRUPT,OnInterrupt)。

2.5 電路復位函數

電路在工作前，需要對整個系統進行復位，調用下述函數就可發出電路復位信號，使電路復位：RETURN_CODEPci9054_BoardRst(void)。

2.6 輔助函數

輔助函數包括上位機與驅動之間的地址映射函數、連接函數以及解除地址映射函數和解除連接函數。

在VC++6.0編制測試界面時，需聲明一下物理內存：PHYSICAL_MEM PciMemory。

程序開始時的地址映射函數為：PhysicalMemoryMap(&PciMemory)。

程序開始時和硬件建立連接的函數（如連接不上，則彈出提示界面）為：

程序結束時的解除地址映射函數為：PhysicalMemoryUnMap(&PciMemory)。

程序結束時和硬件解除建立連接的函數為：DisconnectToPCI9054()。

3 接口函數測試與驗證

為保證通用程序的可靠性，本文使用VC++6.0編制了一個上位機測試界面，可以用此界面實現1553B總線所有類型消息的傳輸[15]。該上位機程序將后臺操作流程界面化，操作人員可以根據不同需求進行靈活設置。

1553B總線數據收、發測試界面如圖5所示，1553B總線通信地面檢測程序自檢界面如圖6所示。

圖5 1553B總線數據收、發測試界面Fig.5 Receiving and sendingmeasuring interface of 1553B bus data

圖6 1553B總線通信自檢界面Fig.6 Self-checking interface of 1553B bus communication

地面測試設備外接1553B總線監視器，通過圖4收、發1553B總線數據界面中的“消息收發次數”進行設置，對數據進行分類測試。程序經過不斷完善，數據連續正確傳輸次數達到千萬次，數據量達到了10Gbyte。測試結果表明：此1553B總線通信通用測試接口程序在接口架構和代碼編寫方面完全可以被上位機調用，結果正確，符合預期效果。

4 結束語

本文設計了一種星載相機1553B總線通信地面測試程序的通用化程序，利用CPCI總線設計了1553B總線通信的硬件電路，并編制了通用接口程序，減少了地面檢測設備1553B總線通信程序的更改次數和更改量，提高了地面檢測程序開發的效率，提高了地面檢測程序對不同1553B總線傳輸協議的適應性，提高了地面檢測程序的可靠性。

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