基于SOC芯片的1553B遠程終端的設計與實現

李禮 牟明 劉飛飛

[摘 要]本文介紹了1553B總線技術的特點，簡要說明了1553B總線通信系統的組成，詳細介紹了基于SOC芯片的遠程終端的硬件及軟件設計。該設計已在某機載有效載荷中成功應用，對機載1553B總線遠程終端設計具有重要的指導和參考意義。

[關鍵詞]SOC芯片；1553B；通信表

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1553B總線以其傳輸的高可靠性、使用簡單靈活的特點，已經逐步從飛行控制等系統擴展到坦克、艦船、航天等領域，目前已廣泛應用于海、陸、空三軍，具有一網蓋三軍之稱。中國在20世紀80年代初就開始了1553B總線的技術研究，近年來，1553B總線已經成為中國現役空中力量最主要的先進航空電子系統數據總線，并且在艦載和車載領域，為提高坦克和軍艦等武器的技術水平發揮了重要作用。文中介紹了1553B總線技術的特點，簡要說明了1553B總線通信系統的組成，詳細介紹了基于SOC芯片的遠程終端的設計。

1 1553B總線協議簡介

1553B總線的全稱是“飛機內部時分制指令/響應式多路傳輸數據總線”，傳輸速率為1Mbps，采用冗余的總線型拓撲結構，具有非常好的時鐘同步和高可靠數據傳輸能力。從通信系統的角度看，1553B有3種終端：一個總線控制器（BC）來管理和控制總線上的信息傳輸；一個總線監視器（MT）來接收總線上的信息用于總線的測試；其余的都是遠程終端（RT）。其拓撲結構如圖1所示。

圖1 1553B總線拓撲結構

該數據總線以幀為傳輸單位，每幀包含若干字。由BC 發起總線上的數據傳輸，只有當BC 向某RT 發出總線指令后，該RT才能參與數據傳輸。總線指令分為發送指令、接收指令和方式指令，這些指令分別用來命令某RT 發送、接收、或執行由方式指令指定的某個動作。BC 根據RT 應答的狀態字來檢驗傳輸是否成功。

1553B 協議規定三種字，分別是命令字、數據字和狀態字，字長固定為20位，字分為三部分：同步頭（3個比特位）、消息塊（16 個比特位）和奇校驗位（1 個比特位），其中消息塊和奇校驗位采用曼徹斯特二型編碼。

2 設計原理

在整個1553B系統中，RT一方面從1553B總線上接收數據，并將接收到的數據存放在接收緩沖區，子系統應用軟件通過調用API接口函數獲取總線接收到的新數據；另一方面，子系統應用軟件通過API接口函數將需要發送到1553B總線的數據存放在RT發送緩沖區，RT在接收到總線命令時將該數據發送到1553B總線上。

3 硬件平臺

31 SoC1553B芯片

SoC1553B芯片HKS1553BCRT是一款集智能化、通用化、小型化和低功耗為一體的國產1553B通信處理芯片。該芯片采用SOC架構，集成了ARM7TDMI微處理器、1553B協議處理器、外部總線控制器（EBC）、雙口存儲器（DPRAM）、靜態隨機存儲器（SRAM）、實時時鐘（RTC）、看門狗（WDT）、時間間隔計時器（DT）、串口控制器（UART）及中斷控制器功能的片上系統，用于實現1553B總線接口功能。它主要承擔著傳輸層任務，包括控制1553B協議處理器，實現ISBC協議，處理通信錯誤，響應子系統主機命令進行服務等功能。

32 硬件結構設計

1553B模塊是一智能化、通用化及標準化的1553B總線通信處理器。硬件主要包括以下功能模塊：SoC1553B芯片；存儲器；時鐘電路；電源轉換電路；復位電路；串行接口；1553B總線收發電路；主機接口電路。系統結構如圖2所示。

圖2 1553B模塊系統結構

4 軟件設計

1553B模塊通信軟件由傳輸軟件和驅動軟件組成，是實現1553B總線通信和網絡管理的專用軟件。其中，傳輸軟件控制系統多路傳輸數據總線上的數據傳輸，其任務包括信息處理、WDT時鐘管理、系統時鐘同步以及子系統故障等處理功能；驅動軟件實現1553B模塊與子系統主機應用軟件間的接口控制與數據傳遞，它可提供各類消息數據的讀、寫支持，RTC計時器的讀寫操作，1553B模塊狀態的報告等處理功能，除此之外，1553B模塊通信軟件的另一重要功能是對1553B總線通信過程中的某些特殊消息如緊急消息、WDT時鐘以及BIT故障信息以中斷的形式上報給子系統主機，并對上報的中斷中斷原因做必要的分析和處理。

1553B軟件與子系統應用層軟件之間的調用關系如圖3所示，圖中虛線部分為1553B模塊通信軟件。

圖3 1553B模塊通信軟件與子系統主機應用軟件的調用關系

41 傳輸軟件

傳輸層軟件是1553B模塊通信軟件的一部分，駐留在FLASH中。傳輸層軟件由以下部分組成：消息處理；故障處理；控制程序。

42 驅動軟件

驅動軟件是宿主機應用軟件與1553B模塊之間傳遞信息的媒介，提供了多種消息讀、消息寫、控制程序和時鐘控制程序。另外，驅動軟件還負責處理來自1553B模塊的中斷請求，包括解釋中斷碼并報告給應用軟件。

驅動程序可分為四類：狀態控制程序；系統控制程序；時鐘控制程序；消息控制程序。

當任何驅動程序運行結束時，將返回一個終止碼（INCODE）給應用層。如果程序服務成功，將返回零值；否則將根據不同的驅動程序和出錯類型返回小于零值。

5 通信表結構

通信表是應用程序與1553B模塊之間的接口文件，定義了出入RT的各類消息的物理塊名、邏輯名、終端子地址、消息功能及總線屬性等相關信息之間的對應關系。通信表包括輸入通信表和輸出通信表。它的第一個字為通信表長度，其后每兩個字為一條記錄，按邏輯消息號順序排列。其中OWR=1（bit4）表示數據不允許重寫；INT=1（bit3）表示緊急消息；ROL=1（bit2）表示此消息BC模式下使用，ROL=0表示此消息RT模式下使用；CHA=01（bit1，bit0）表示總線B，CHA=00表示總線A。

RT地址定義了該子系統在通信網絡中分配的遠程終端號，該號是唯一確定的。

子系統主機應用軟件按邏輯消息號讀或寫相應的消息，1553B驅動軟件根據通信表中邏輯號實現相應消息的讀或寫。輸入、輸出通信表和RT地址由子系統主機應用軟件提供。

6 結 論

本文基于SOC芯片的1553B總線遠程終端設計。該設計充分發揮了HKS1553BCRT芯片內部資源豐富、接口簡單的優點。同時，內嵌ARM7TDMI微處理器的具有計算速度快的優點，滿足了有效載荷的高速數據采集、處理需求。該設計已在某機載有效載荷中成功應用，應用結果表明：該系統具有開發簡單、性能穩定的特點，可應用于各類機載1553B總線遠程終端的設計。

參考文獻：

[1]數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線[P].北京：中國標準出版社，1997

[2]DDCMIL-STD-1553A/B ACE users guide[S].USA：DDC，1999

[3]HKS1553BCRT用戶使用手冊[M].西安：西安翔騰微電子技術有限公司，2010

[4]馬捷中1553B 總線控制器遠程終端軟件設計[J].測控技術，2003（2）.

[5]翟雯艷，張遂南基于CPCI的1553B總線通信模塊的設計與實現[J].現代電子技術，2008（10）.

[6]郭澤仁1553B總線系統優化及可靠性設計[J].山東理工大學學報，2008（1）.