某導(dǎo)彈武器系統(tǒng)1553B總線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

李曉穎，劉航航，李云嬌，薛小樂(lè)，張　鵬（　中國(guó)兵器工業(yè)第03研究所，西安　70065；　中國(guó)航天科技集團(tuán)第九院第6研究所，西安　7000）

某導(dǎo)彈武器系統(tǒng)1553B總線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

李曉穎1，劉航航1，李云嬌2，薛小樂(lè)1，張鵬1
（1中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所，西安710065；2中國(guó)航天科技集團(tuán)第九院第16研究所，西安710010）

針對(duì)某基于1553B總線的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)發(fā)生通信故障難以定位，設(shè)計(jì)了一種1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)。首先簡(jiǎn)要介紹了系統(tǒng)構(gòu)成；緊接著根據(jù)武器系統(tǒng)的工作環(huán)境和使用要求，選取了便攜式工控機(jī)和1553B總線接口板卡，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)；接著論述了多線程架構(gòu)、模塊化軟件設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法，給出了軟件流程圖；最后通過(guò)使用證明了該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障定位準(zhǔn)確。

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)；1553B總線；總線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

0　引言

總線檢測(cè)系統(tǒng)是一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控總線通信信息，并且能夠顯示、存儲(chǔ)、回放和解析總線信息的系統(tǒng)，常用的有串口、CAN、1553B等總線檢測(cè)系統(tǒng)［1-3］。武器系統(tǒng)在研制、調(diào)試和維護(hù)過(guò)程中，當(dāng)某子系統(tǒng)或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，很難判斷是子系統(tǒng)（或設(shè)備）本身出現(xiàn)了故障，還是子系統(tǒng)（或設(shè)備）與總線沒(méi)有實(shí)現(xiàn)正確的信息通訊，增加了排故難度，因此，非常有必要設(shè)計(jì)相應(yīng)的總線檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控總線信息，以實(shí)現(xiàn)故障的快速定位［4］。文中以某基于1553B總線的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)為背景，設(shè)計(jì)了一種1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)構(gòu)成

1553B通信系統(tǒng)通常由總線控制器（BC）、遠(yuǎn)程終端（RT）和總線監(jiān)視器（BM）3種終端通過(guò)總線介質(zhì)互聯(lián)而成。BC用來(lái)組織總線上信息的傳輸，任何時(shí)刻總線上只能有一個(gè)BC，總線上所有的數(shù)據(jù)傳輸都是由BC發(fā)起的；BM不響應(yīng)BC的任何命令，用于接收、記錄總線上傳輸?shù)男畔⒁员愫罄m(xù)數(shù)據(jù)分析；RT是不作為BC和BM的所用終端［5-7］。由BM的功能可知，要想監(jiān)控1553B總線信息，需要利用具有BM功能的終端接入1553B總線網(wǎng)絡(luò)。

某基于1553B總線的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的某一條1553B總線網(wǎng)絡(luò)見圖1所示，包括一個(gè)BC、若干個(gè)RT和一個(gè)BM（即1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)）。其中，1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)由硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和用戶應(yīng)用程序組成。

圖1　1553B總線網(wǎng)絡(luò)

2　硬件設(shè)計(jì)

為了保證1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)的便攜性和可擴(kuò)展性，文中采用便攜式工控機(jī)、具有BM功能的1553B總線接口板卡，設(shè)計(jì)了通用的1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。便攜式工控機(jī)作為系統(tǒng)的顯示、存儲(chǔ)、控制和數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)平臺(tái)，1553B總線接口板卡用于采集1553B總線信息。考慮武器系統(tǒng)的工作環(huán)境和使用要求，選用北京瑞普天潤(rùn)技術(shù)有限公司的Polar 9300E便攜式計(jì)算機(jī)作為工控機(jī)，該工控機(jī)具有8個(gè)PCI插槽，保證了系統(tǒng)功能的可擴(kuò)展性；硬盤500 G，滿足大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求；重量5.8 kg，配備有航空拉桿箱，方便攜帶；-10℃～+55℃環(huán)境條件下正常工作。1553B板卡選用北京神州飛航科技有限責(zé)任公司的AEC1553-PCI-FBC31RT-2/S5板卡，該板卡采用PCI總線接口，與工控機(jī)Polar 9300E無(wú)縫連接；雙通道（雙冗余）多功能，每個(gè)通道1個(gè)BC、0～31個(gè)RT、1個(gè)BM，可同時(shí)設(shè)置為BC、RT、BM，每通道都帶RTC功能，分辨率可設(shè)；32位時(shí)標(biāo)，分辨率1 μs；大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：16 M×16 bit；工作溫度：-40℃ ～+85℃。另外，該1553B板卡的生產(chǎn)商提供了詳盡的技術(shù)資料，可靠的驅(qū)動(dòng)程序和豐富的API函數(shù)。提供的API函數(shù)將面向1553B的編程轉(zhuǎn)化為面向設(shè)備文件的編程，符合Windows操作系統(tǒng)的習(xí)慣，簡(jiǎn)化了軟件的設(shè)計(jì)難度。

3　軟件設(shè)計(jì)

硬件是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和平臺(tái)，軟件則是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵和核心［4］。好的軟件設(shè)計(jì)就是要合理利用硬件提供的條件，使1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)能夠可靠記錄、準(zhǔn)確解析1553B總線數(shù)據(jù)和快速準(zhǔn)確定位1553B總線故障。本系統(tǒng)軟件基于Windows XP操作系統(tǒng)，利用VC++2005作為開發(fā)平臺(tái)。軟件采用多線程架構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)，主線程完成系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理等功能；子線程用于接收、存儲(chǔ)1553B總線數(shù)據(jù)，以保證實(shí)時(shí)可靠的記錄1553B總線數(shù)據(jù)。根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，軟件主要包括系統(tǒng)自檢、BM過(guò)濾設(shè)置、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)解析等模塊。

3.1系統(tǒng)自檢

系統(tǒng)自檢是為了證明1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)硬件資源完好，保證下一步檢測(cè)工作的硬件條件正常，分為板卡自檢和通道自檢。板卡自檢即是檢查板卡的存在性，通過(guò)API函數(shù)M1553_Open（）實(shí)現(xiàn)，如果M1553_Open（）返回值為真，那么證明板卡存在，反之板卡不存在，此時(shí)應(yīng)首先檢查板卡是否連接可靠牢固。通道自檢是檢查通道通信是否成功，通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)：設(shè)置通道0為BC，通道1為RT，將自檢插頭連接到1553B板卡DB62連接器上，BC與RT則形成回路，然后BC向RT發(fā)送數(shù)據(jù)，如果RT接收到的數(shù)據(jù)與BC發(fā)送的數(shù)據(jù)一致，則證明通道通信正常，反之通道通信故障。自檢完成后軟件會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框給出自檢結(jié)果。

3.2BM過(guò)濾設(shè)置

AEC1553-PCI-FBC31RT-2/S5板卡的BM模式具有命令字過(guò)濾功能，可以通過(guò)設(shè)置RT地址與子地址確定需要監(jiān)控的消息，由API函數(shù)MT_SetCmdFilterT-able（）和命令字過(guò)濾表結(jié)構(gòu)MT_CMD_FILTER_TABLE_STRUCT實(shí)現(xiàn)過(guò)濾功能。

3.3數(shù)據(jù)記錄

數(shù)據(jù)記錄是本軟件的核心與關(guān)鍵，數(shù)據(jù)記錄的正確與否直接影響數(shù)據(jù)的解析、故障的定位，因此，一定要保證實(shí)時(shí)可靠的記錄所有要監(jiān)控的總線數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄的方法有兩種：一種是在單線程中利用定時(shí)器定時(shí)記錄；另一種是創(chuàng)建單獨(dú)的子線程記錄。Windows的定時(shí)器消息WM_TIMER優(yōu)先級(jí)比較低，必須和其他消息一起排隊(duì)，一旦其他消息的執(zhí)行時(shí)間被推遲，勢(shì)必會(huì)造成定時(shí)不準(zhǔn)確，記錄的實(shí)時(shí)性就得不到保證，另外若數(shù)據(jù)采集緩沖區(qū)比較小，就可能會(huì)導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出，數(shù)據(jù)丟失。而采用單獨(dú)的子線程記錄數(shù)據(jù)，可以提高程序性能，滿足實(shí)時(shí)性要求，并且對(duì)于多處理器計(jì)算機(jī)，多線程還可以真正并發(fā)的同時(shí)運(yùn)行，大大提高程序的執(zhí)行效率。另外，考慮到本系統(tǒng)以后可能會(huì)進(jìn)行功能擴(kuò)展，要記錄的數(shù)據(jù)類型會(huì)不斷擴(kuò)大，單線程記錄已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足。因此，本系統(tǒng)軟件采用多線程架構(gòu)。

3.4數(shù)據(jù)解析

數(shù)據(jù)解析的目的是將經(jīng)過(guò)編碼的二進(jìn)制1553B消息按照規(guī)定好的協(xié)議進(jìn)行還原，重建數(shù)據(jù)的物理意義，并最終轉(zhuǎn)化為用戶便于解讀的信息。本系統(tǒng)在實(shí)時(shí)采集過(guò)程中和采集完成后，均進(jìn)行了數(shù)據(jù)解析（即實(shí)時(shí)解析和事后解析）。在實(shí)時(shí)采集過(guò)程中，將按照通信協(xié)議實(shí)時(shí)解析的結(jié)果以列表框和圖形的形式直觀的實(shí)時(shí)顯示在用戶界面，該功能在記錄線程中實(shí)現(xiàn)。事后解析過(guò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Excel中，一方面便于查看武器系統(tǒng)整個(gè)1553B流程，另一方面可以充分利用Excel自身的功能，方便1553B消息的查看、搜索、故障定位等。

圖2　軟件流程

3.5軟件流程

綜上所述，軟件采用多線程架構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)，具體軟件流程見圖2所示。

4　結(jié)束語(yǔ)

文中介紹的1553B總線檢測(cè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性和模塊性好、計(jì)算和控制資源豐富、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。該系統(tǒng)適用于在地面環(huán)境下監(jiān)測(cè)、分析和驗(yàn)證1553B總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`，為研制、測(cè)試和維護(hù)武器系統(tǒng)提供一個(gè)有效的工具，從而保證武器系統(tǒng)的高可靠性。

［1］李引良，仝飛，李建偉，等.基于MSComm控件的串口通信數(shù)據(jù)采集軟件開發(fā)［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2014， 34（增刊1）：298-301.

［2］ 林智偉，蔣東方，牛鵬宇.基于FPGA與ARM單片機(jī)的CAN總線分析儀設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011，19（9）：2308-2311.

［3］史國(guó)慶，高曉光，吳勇，等.1553B總線檢測(cè)儀系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)［J］.火力與指揮控制，2009，34（6）：141 -146.

［4］蔣國(guó)峰，白紅.1553B總線監(jiān)控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（17）：98-100.

［5］GJB 289A-297數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線［S］.1998.

［6］MIL-STD-1553B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［S］.美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)，1978.

［7］戴虹.1553b數(shù)據(jù)總線協(xié)議分析［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2008，8（13）：3536-3538.

Design of 1553B Bus Monitoring System of Missile Weapon System

LI Xiaoying1，LIU Hanghang1，LI Yunjiao2，XUE Xiaole1，ZHANG Peng1
（1No.203 Research Institute of China Ordnance Industries，Xi’an 710065，China；2The 16th Institute of the Ninth Academy，CASC，Xi’an 710010，China）

In view of difficulty in locating communication failure of 1553B bus-based missile weapon system，a 1553B bus monitoring system was designed.Firstly，the structure of system was introduced briefly；Then，according to working environment and requirement of the weapon system，a portable industrial computer and 1553B bus board were chosen，and the hardware platform was designed.Later，not only multi-threaded and modularized designing idea and realizing method of software were discussed，but also the software flow chart was given. Lastly，operation proved this system ran well and located accurately.

missile weapon system；1553B bus；bus monitoring system

TP399

A

10.15892/j.cnki.djzdxb.2016.01.042

2015-03-24

李曉穎（1987-），男，河南漯河人，助理工程師，碩士研究生，研究方向：導(dǎo)彈檢測(cè)、集成測(cè)試與控制系統(tǒng)。