基于BM3803的1553B總線通信設(shè)計

杜元生 陳沖 李軍

摘要：本文提出了一種基于BM3803處理器的1553B總線通信節(jié)點設(shè)計方案。文章首先介紹了BM3803處理器的硬件資源和1553B總線通信特點，其次采用1553B協(xié)議芯片B65170S6RH實現(xiàn)了BM3803和1553B總線之間的硬件接口電路設(shè)計，最后討論了1553B總線遠(yuǎn)程終端通信軟件功能實現(xiàn)方法。實踐證明，該方案設(shè)計合理，能實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的1553B總線通信，具有工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：BM3803;1553B;B65170S6RH;遠(yuǎn)程終端

中圖分類號：V416.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）08-0031-04

0 引言

BM3803MRGH是我國自主研制的一款基于SPARC V8體系結(jié)構(gòu)的32位抗輻射加固微處理器，采用三模冗余及奇偶校驗等抗單粒子翻轉(zhuǎn)的容錯設(shè)計，滿足航天應(yīng)用功能及性能要求[2]。1553B總線是分時制指令/響應(yīng)式通信總線，作為一種高可靠性和實時的軍用串行總線標(biāo)準(zhǔn)[4]，能夠完成信息綜合、資源共享、任務(wù)協(xié)調(diào)和容錯重構(gòu)，是實現(xiàn)航天電子綜合化系統(tǒng)的關(guān)鍵。B65170S6RH是我國自主研制的一種1553B總線通訊控制器，其RT功能為1553B總線系統(tǒng)設(shè)計提供了一個智能解決方案。該器件內(nèi)部集成有數(shù)字協(xié)議控制電路和雙路總線收發(fā)器模塊，適合高強(qiáng)度的應(yīng)用環(huán)境。本文采用B65170S6RH實現(xiàn)基于BM3803處理器的1553B網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端節(jié)點設(shè)計，具有通信穩(wěn)定，自主可控和簡單實用的工程意義。

1 BM3803

BM3803處理器有28個地址總線和32個數(shù)據(jù)總線，內(nèi)部包含整數(shù)處理單元IU，浮點處理器單元FPU，中斷控制器，帶有跟蹤緩沖存儲的硬件調(diào)試單元DSU，定時器，GPIO，看門狗，串口，支持PROM、SRAM、SDRAM和I/O映射空間訪問的存儲器控制器。通過外部存儲器控制器可以訪問PROM、存儲器映射的I/O設(shè)備、SRAM和SDRAM，其功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 1553B總線

1553B總線是一種命令響應(yīng)式總線，一主多從工作模式，半雙工通信，通信速率是1Mb/s?？偩€網(wǎng)絡(luò)中能掛接32個終端，每個終端相互獨立工作，按照終端功能可以分為三種類型：總線控制器（BC）、遠(yuǎn)程終端（RT）和總線監(jiān)控器（MT）?？偩€控制器控制總線上所有消息數(shù)據(jù)傳輸，消息由三種類型的字組成：命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。每個字的長度為20位，3位同步頭，16個消息位和1個奇偶校驗位，同步頭和奇偶校驗位是硬件自動添加的。如圖2所示，從上到下依次是命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字的結(jié)構(gòu)：

1553B總線遠(yuǎn)程終端內(nèi)部的工作過程就是堆棧指針→寫描述符→查找表→忙位查找表+非法命令表→消息塊的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，以BC-TO-RT消息為例，具體操作步驟如下：

（1）確定活動中的陳列（Area A/B）;

（2）根據(jù)堆棧指針找到描述符，將收到的命令字寫入描述符的第四個儲存單元;

（3）解析命令字，查找子地址接收查找表，獲得消息塊地址;

（4）查找忙位查找表，確定該子地址是否允許訪問;

（5）查找非法命令表/模式碼表，確定本次通信是否合法;

（6）將消息塊地址寫入描述符的第三個存儲單元，即數(shù)據(jù)指針;

（7）根據(jù)數(shù)據(jù)指針找到消息塊，并將數(shù)據(jù)字順序?qū)懭耄@樣就完成了一個完整的消息。

3 接口電路設(shè)計

1553B接口芯片電路[1]包括總線收發(fā)器、通信協(xié)議處理器，雙RAM存儲器和主機(jī)接口仲裁等。B65170S6RH電路內(nèi)部主要的邏輯模塊為：雙路收發(fā)器、完整的RT多功能協(xié)議邏輯、存儲器管理邏輯和中斷邏輯，4K×16位的靜態(tài)存儲器和與處理器總線的接口邏輯。B65170S6RH包含內(nèi)部地址鎖存器和雙向的數(shù)據(jù)緩沖電路與處理器總線交換數(shù)據(jù)，可以很方便地與8位或者16位處理器進(jìn)行接口通信，其整體框圖[3]如圖4所示。

BM3803MGRH處理器與B65170S6RH電路按照16位緩沖接口方案連接：處理器的D0～D15與B65170S6RH電路的D0～D15連接;由于BM3803為單字節(jié)尋址，在使用32位數(shù)據(jù)總線模式時，地址最低有效位為A2，故BM3803處理器的A2～A13依次連接至B65170S6RH電路的A0～A11;B65170S6RH電路的片選信號由BM3803的IOSN（IO空間選擇信號）和地址線進(jìn)行譯碼邏輯，選中B65170S6RH電路的內(nèi)部RAM和寄存器;將B65170S6RH電路的極性選擇信號置高，BM3803的寫信號與B65170S6RH電路的讀/寫信號相連;將B65170S6RH電路的零等待信號置高，并將READYD信號與BM3803的READY信號相連。BU65170 S6RH的A通道和B通道通過耦合變壓器B3266與1553B連接，如圖5所示。

4 通信軟件設(shè)計

4.1 總線數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制

以某星載系統(tǒng)1553B總線通信協(xié)議為例，BC發(fā)起的數(shù)據(jù)傳輸流程采用更新數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，總線控制器組織總線數(shù)據(jù)傳輸，RT要求的數(shù)據(jù)傳輸流程，采用服務(wù)請求機(jī)制。RT通過總線狀態(tài)字中的服務(wù)請求位來標(biāo)識數(shù)據(jù)傳輸請求，通過矢量字位標(biāo)識請求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型。

BC周期性地對RT進(jìn)行輪詢，向遠(yuǎn)程終端發(fā)出“發(fā)送狀態(tài)字”和“發(fā)送矢量字”方式指令。如返回狀態(tài)字中的“服務(wù)請求位”被置成1，則說明該遠(yuǎn)程終端有服務(wù)請求?？偩€控制器進(jìn)一步分析該遠(yuǎn)程終端返回的矢量字，確定該終端需求的某種或幾種特定的數(shù)據(jù)傳輸類型，然后生成通信幀，啟動總線通信。

RT一旦在發(fā)送緩沖區(qū)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)或是請求獲取某種數(shù)據(jù)類型時，將矢量字中相應(yīng)位置1，待總線控制器將數(shù)據(jù)取走或發(fā)來數(shù)據(jù)后，再將矢量字中相應(yīng)的位置0;總線控制器周期性地組織總線通信，遠(yuǎn)程終端收到發(fā)送狀態(tài)字方式指令時檢查矢量字，如果發(fā)現(xiàn)本終端的矢量字大于0，RT將總線狀態(tài)字的服務(wù)請求位置1。

4.2 遠(yuǎn)程終端軟件設(shè)計

遠(yuǎn)程終端通信軟件包括遠(yuǎn)程終端總線控制器配置和消息收發(fā)處理[5]，本設(shè)計遠(yuǎn)程終端總線控制器為B65170S6 RH芯片?？偩€控制器配置分兩部分，一部分是寄存器配置，另一部分是RAM配置，其中寄存器配置是對芯片工作模式、工作區(qū)域、中斷開關(guān)和鎖存RT地址等功能的設(shè)置，RAM配置是初始化RAM空間、堆棧指針、子地址查找表、忙位查找表、非法命令表、模式碼數(shù)據(jù)表和模式碼中斷使能表等。子地址查找表用來指向每個子地址存放數(shù)據(jù)塊的位置，相當(dāng)于數(shù)據(jù)塊地址指針。子地址控制字用來管理每一個子地址數(shù)據(jù)塊的空間存儲方式。子地址數(shù)據(jù)塊存儲方式包括單消息模式、雙緩沖模式和循環(huán)緩沖模式[6]。本設(shè)計采用中斷方式接收總線消息，具體的數(shù)據(jù)處理流程如圖6所示。

5 結(jié)語

本文介紹了我國自主生產(chǎn)的BM3803處理器和1553B協(xié)議芯片B65170的特點，基于BM3803和B65170，設(shè)計了一種通用的1553B總線遠(yuǎn)程終端接口電路，具體討論了B65170的初始化方法，實現(xiàn)了總線遠(yuǎn)程終端通信數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計。實踐證明，該設(shè)計具有通用性，能實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的1553B網(wǎng)絡(luò)通信，具有工程應(yīng)用借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 王文萱，翟正軍.1553B總線處理器的比較分析與應(yīng)用設(shè)計[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016，35（8）：23-25.

[2] 航天時代電子公司772所.BM3803MGRH用戶手冊2017.05.02-V2.5[Z].

[3] 航天時代電子公司772所.輻射加固1553B遠(yuǎn)程終端控制器產(chǎn)品使用手冊2017.01.010-V1.2[Z].

[4] MIL-STD-1553B Designers Guide[Z].Data Device Corporation.

[5] 邢秀琴，姚竹亭.基于1553B總線的通信接口及其應(yīng)用[J].中北大學(xué)學(xué)報，2007，28（1）：91-94.

[6] 李改霞.1553B總線管理軟件設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2017.