一種1553B中消息刷新機(jī)制的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

曾曉東　武瑞歡

摘要：該文先介紹了1553B總線協(xié)議，然后基于矢量字消息刷新機(jī)制提出了一種雙矢量字設(shè)計，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該設(shè)計達(dá)到了提升總線網(wǎng)絡(luò)帶寬傳輸效率的要求。該設(shè)計已在某項目中成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：1553B總線;雙矢量字;消息刷新;BC;RT

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）13-0058-02

MIL-STD-1553B是美軍研制的一種數(shù)據(jù)總線通信協(xié)議，簡稱1553B。經(jīng)過多年的改進(jìn)和完善，1553B協(xié)議憑借實(shí)時性和可靠性在航空和航天等領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位。在總線網(wǎng)絡(luò)中總線控制器通過循環(huán)查閱總線表來組織通信，實(shí)際應(yīng)用中并非總線表中所有消息都要按照其預(yù)先定義的周期進(jìn)行傳輸，只有數(shù)據(jù)更新時才需要進(jìn)行調(diào)度。1553B總線網(wǎng)絡(luò)使用矢量字消息刷新機(jī)制了解終端數(shù)據(jù)更新情況。傳統(tǒng)使用的單個矢量字只能標(biāo)志部分子地址的新數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)消息數(shù)量激增的情況下網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效利用，現(xiàn)使用某國產(chǎn)1553B協(xié)議芯片，并結(jié)合雙矢量字的消息刷新機(jī)制，提出一種通信接口模塊（MBI）解決方案。

1 1553B總線介紹

1553B是航空機(jī)載設(shè)備間數(shù)據(jù)通信的一種標(biāo)準(zhǔn)，整個總線系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，最多允許32個終端通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。這些終端依據(jù)功能劃分為三種類型：總線控制器（BC）、遠(yuǎn)程終端（RT）和總線監(jiān)控器（BM）。總線控制器控制總線上所有消息的傳輸，遠(yuǎn)程終端接收指令執(zhí)行后將結(jié)果返回給BC，BM負(fù)責(zé)監(jiān)控總線上所有的消息。1553B總線技術(shù)成熟，采用BC備份、看門狗計時器和雙通道冗余機(jī)制等保證了高可靠性[1]。

2 硬件設(shè)計

2.1 芯片介紹

該MBI模塊使用國產(chǎn)某型號的1553B協(xié)議芯片采用SOC的設(shè)計模式，集成了協(xié)議處理器、主處理器、雙口存儲器等，是一款通用化、智能化和小型化的1553B通信處理芯片。協(xié)議處理器具備GJB289A規(guī)定的BC和RT方式多消息處理能力。芯片配置了64K的雙口存儲器（DPRAM），可根據(jù)需求編程為8k×16bit、16k×16bit 或者32k×16bit，支持兩個端口獨(dú)立的異步讀寫操作。還提供 12MHz 到120MHz 可配置的1553B 協(xié)議處理器工作時鐘，32位實(shí)時時鐘計數(shù)器、16位的WDT和8位時間間隔計時器等片上資源[2]。

2.2 硬件設(shè)計

模塊硬件架構(gòu)圖見圖2。硬件主要包括：主處理器、協(xié)議處理器、雙通道收發(fā)器、隔離變壓器、實(shí)時時鐘電路等[3]。

3 軟件設(shè)計

MBI通信軟件分為兩個部分：驅(qū)動軟件和傳輸層軟件。驅(qū)動軟件為主機(jī)提供標(biāo)準(zhǔn)的接口供主機(jī)的調(diào)用，傳輸層軟件負(fù)責(zé)控制總線上的數(shù)據(jù)傳輸，主要的功能包括數(shù)據(jù)收發(fā)處理、通道切換、同步、錯誤檢測和上報等。驅(qū)動軟件和傳輸軟件通過使用雙口存儲器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互[4]。整個MBI通信軟件的結(jié)構(gòu)圖見圖3。

3.1 矢量字的消息刷新

1553B總線的消息格式有：BC->RT，RT->BC和RT->RT（RT->RTS）。在整個系統(tǒng)中總線控制器負(fù)責(zé)每一次的消息傳輸。在BC->RT的消息傳輸中，BC直接組織消息的傳輸。因?yàn)镽T不具備主動發(fā)起消息的能力，所以RT有消息更新需要上報的過程相對復(fù)雜，協(xié)議規(guī)定利用BC發(fā)送矢量字的方式命令取回矢量字，再結(jié)合查詢總線表來判斷該RT是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送矢量字的消息格式為發(fā)送矢量字方式指令+狀態(tài)字+數(shù)據(jù)字，矢量字就是由遠(yuǎn)程終端回復(fù)給BC的這個16位的數(shù)據(jù)字。約定矢量字中的每一個BIT對應(yīng)該RT的一個發(fā)送子地址， BIT15～BIT0對應(yīng)的發(fā)送子地址為16～1。當(dāng)某一BIT被置位“1”時，表示對應(yīng)的子地址有更新的數(shù)據(jù)塊需要發(fā)送，如果置位“0”則沒有新數(shù)據(jù)。一個矢量字中可以同時有多個BIT被置位“1”，可以指定處理時的優(yōu)先級。BC通過使用矢量字更新機(jī)制，了解隨后可能多條消息的傳輸條件并組織傳輸，達(dá)到節(jié)省總線帶寬，提升傳輸效率的目的[5]。

3.2 雙矢量字的消息刷新

1553B總線系統(tǒng)中每個遠(yuǎn)程終端都有32個子地址，去除子地址0和子地址31被用作總線系統(tǒng)中標(biāo)志方式命令，還有30個子地址。一個矢量字16位，最多能表示16個發(fā)送子地址是否有數(shù)據(jù)更新。則17～30子地址的消息只能通過周期性的查詢總線表進(jìn)行傳輸。

現(xiàn)在設(shè)計雙矢量字刷新消息的管理機(jī)制，利用2個16位的矢量字來關(guān)聯(lián)一個RT中1～30發(fā)送子地址，則本RT中的子地址都可利用矢量字來通知BC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了在BC端識別代表不同子地址的矢量字，使用兩種矢量字分別為矢量字1和矢量字2。矢量字1和矢量字2區(qū)別標(biāo)志位為BIT0，令矢量字1中的BIT15～BIT1對應(yīng)子地址15～1，BIT0=0，矢量字2中的BIT15～BIT1對應(yīng)子地址30～16，BIT0=1，具體對應(yīng)關(guān)系見圖4。

3.2.1 BC端實(shí)現(xiàn)

1553B協(xié)議規(guī)定了方式命令只用于硬件和信息的管理，不用于數(shù)據(jù)的傳輸，BC使用發(fā)送矢量字命令后最多獲得一個矢量字，現(xiàn)在為了得到一個RT上所有子地址的新數(shù)據(jù)信息BC需要發(fā)送兩次發(fā)送矢量字命令。應(yīng)用需要在通信表設(shè)置相鄰的兩條發(fā)送矢量字命令，BC在發(fā)送一條矢量字命令后，在設(shè)定的消息間間隔后再次給同個RT發(fā)送一條矢量字命令。BC收到矢量字后利用最后一位判斷該字為矢量字1或矢量字2，然后根據(jù)矢量字內(nèi)容清除該RT對應(yīng)ISBC消息的SKIP位。總線控制器通過兩條發(fā)送矢量字命令后就可以了解該RT上所有子地址數(shù)據(jù)更新情況并組織消息傳輸。

3.2.2 RT端實(shí)現(xiàn)

RT在使用雙矢量字刷新消息進(jìn)行數(shù)據(jù)上報的過程為：

（1）遠(yuǎn)程終端主機(jī)在某發(fā)送子地址寫入新數(shù)據(jù)后，根據(jù)發(fā)送子地址的范圍設(shè)置矢量字1或矢量字2，如果該子地址大于等于1且小于等于15，則設(shè)置矢量字1，否則設(shè)置矢量字2;

（2）該終端接收到BC端發(fā)送矢量字的命令后發(fā)送矢量字，在發(fā)送矢量字1或矢量字2后，清除矢量字位，切換方式指令描述符中矢量字地址，令其指向矢量字2或矢量字1;

（3）終端接收到下一條BC端發(fā)送矢量字的命令后，將發(fā)送矢量字2或矢量字1，發(fā)送結(jié)束后清除矢量字位并再次切換矢量字地址。

4 總結(jié)

本文提出了一種雙矢量字消息刷新機(jī)制，并使用國產(chǎn)1553B協(xié)議芯片搭建了硬件環(huán)境。本接口模塊經(jīng)過驗(yàn)證已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的要求，并已在某項目上穩(wěn)定應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 數(shù)字式時分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線，國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會1997：11.

[3] 范詳輝，楊寒.一種1553B 總線多功能接口模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].信息通信，2017（2）.

[4] 安百俊，呂冰，李新民.基于SM61864 的GJB289A 通信接口開發(fā)和應(yīng)用[J].微處理機(jī)，2015（6）.

[5] 朱希.1553B總線介紹及ICD設(shè)計[J].科技應(yīng)用，2016（4）.

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