1553B總線網絡中熱備份終端的設計與實現

曾曉東 謝正 航空工業西安航空計算技術研究所 陜西 西安 710065

引言

20世紀60年代，隨著武器系統及科學技術不斷發展，作戰信息數據呈指數級增長，但各設備間接口不同，難以進行互聯集成，大大影響了作戰效能。為了解決這一問題，美國軍方決定開發標準的信號多路傳輸系統，并于1968年公布MIL-STD-1553A標準。該標準的修訂版本，即MIL-STD-1553B標準，于1978年公布。中國于1987年頒布了相應的軍標，并廣泛應用于飛機綜合機電系統、航電系統，后逐步擴展到飛行控制等系統及坦克、艦船、航天等領域。

1 1553B總線簡介

1553 B總線具有易于控制、實時性好、抗干擾能力強、便于維護、易于擴展等一系列優勢，因此1553B總線技術在航空航天等高可靠實時領域占有十分重要的地位[2]。

MIL-STD-1553B總線是一種時分制指令/響應式多路傳輸數據總線。通常是由一個總線控制器（BC），1-2個總線監控器（BM）和多個遠程終端（RT）組成的。其中BC是總線系統中組織信息傳輸的終端，管理總線上傳輸的所有數據；BM是總線系統中指定作接收且記錄總線上傳輸的信息，并有選擇地提取信息以備后用的終端；RT是數據總線上用戶子系統終端，作為總線系統的重要組成部分在BC控制下有序收發數據。

2 熱備份RT組機制

1553 B總線網絡主要由BC和RT組成。為了保證系統的可靠性，經常會存在一組或幾組RT設備之間互為備份的情況[3]。所有總線消息都是通過BC調度的，互為熱備份的RT管理功能是通過BC的管控實現的。

本文設計了一種合理、可行的策略，實現了BC對1553B總線網絡中互為熱備份的RT的管理。該策略分為相同地址的RT熱備份管理和不同地址的RT熱備份管理。

2.1 相同地址RT熱備份管理

2.1.1 原理內容

圖1 相同地址熱備份RT組的1553B總線拓撲圖

在1553B總線網絡中，存在多個RT地址相同的終端設備互為備份，但在某一時刻，這組熱備份RT中有且僅有一個RT處于激活狀態。BC對該RT進行正常的查詢及管控。

2.1.2 具體實現

在相同地址的熱備份RT組中設計GO/NOGO#信號，用于控制1553B總線收發器。任一時刻，只有一個信號有效，網絡中針對該組熱備份RT只有一條查詢消息。

此時，通道控制邏輯在RT端。總線系統啟動通信時，該組RT中的其中一個默認發送GO信號，其余RT發送NOGO信號，BC端對發送GO信號RT進行正常的調度與管理。

當該RT發生故障，單位時間內錯誤消息次數超過錯誤門限時，該RT下線，同時信號變為NOGO。同組備份RT中另一RT的信號變為GO，BC端對當前發送GO信號的RT繼續進行查詢及管控。

2.2 不同地址RT熱備份管理

2.2.1 原理內容

對于不同地址的RT熱備份組，規定每組備份RT設備中有一個主RT，且該RT號為這組熱備份RT對應消息命令字的默認RT號。

BC按照RT號從大到小進行輪詢，判斷哪個RT準備好上線工作。如果一組備份RT中的所有RT均準備好上線工作，則根據查詢策略，RT號最大的RT上線。RT上線后，不再對這組RT的其他RT進行查詢。如果上線RT非主RT，則將對應消息命令字的RT號改為上線RT號。

當上線RT發生故障，單位時間內錯誤消息次數超過錯誤門限時，BC令該RT下線，繼續對該組備份RT進行查詢。同時，將這組RT對應消息的命令字中的RT號還原為主RT。

圖2 不同地址熱備份RT組的1553B總線拓撲圖

2.2.2 具體實現

用戶可以根據實際情況設定備份RT組參數，如熱備份組RT數bakupRTcnt等。

BC在上電初始化時，將備份RT組信息存入雙口，默認RT熱備份列表每組第一個RT為主RT（總線表中配置主RT的相關消息）。開始查詢后，BC通過bc_bakupRT_on接口，根據RT熱備份屬性，切換所有相關消息轉變為當前上線RT設備的消息。并且設置熱備份列表中同組其他熱備份RT的skip位，不允許發送查詢消息。

當某個RT報故需要下線時，BC調用bc_bakupRT_off接口，根據其熱備份屬性，切換相關消息轉變為主RT設備的消息。并且將該RT所屬的熱備份組中的其他RT的查詢消息SKIP位清除，允許發送查詢消息。

2.3 算法優勢

算法統一化：該算法針對互為熱備份的RT管理，不論RT地址是否相同，都可以進行正確、高效地管理；

管理實時化：處理迅速，一旦檢測到某個設備下網，立即會在本周期組織其備份RT相關的查詢消息，熱備份的RT會很快上線。

集成式管理：無需在某個熱備份RT上線后，單獨從總線表中查找某條消息指令，將原指令更改為當前指令，再組織消息傳輸。而是在消息傳輸之前，檢測熱備份屬性，需要更改命令字時，將備份RT組消息的所有命令字統一更改為當前RT號；當前RT下線后，再將所有命令字還原為主RT號；這樣集成式的處理，更便于統一管理。

3 結論

本文通過制定指定特殊的管理和通信策略，完成了互為熱備份功能的相同地址的RT管理和不同地址的RT管理。該設計可保證1553B總線網絡中最多只有一個該功能的RT工作，不會導致總線沖突；該RT下線時，熱備份的RT能繼續工作，保證了消息傳輸的完整性。

該策略解決了網絡中多個互為熱備份的遠程終端使用一個、或多個RT地址的網絡管理和總線通信問題，對于其他總線網絡同樣具有較強的參考價值。