1553B 總線數據傳輸仿真軟件的設計與實現

劉曉陽，江志東，高偉偉，楊明欽

（1.海軍航空大學青島校區，山東青島 266041；2.中國人民解放軍91504 部隊，浙江臺州 318000）

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，廣泛作為三代機的主干網絡，在四代機中也有重要的局部應用[1]。1553B 總線具有雙向傳輸特性，實時性和可靠性高，不僅廣泛用于航空、航天領域[2]，也可應用于艦艇、潛艇、坦克和戰車上[3-4]。由于1553B 總線應用的廣泛性[5]，對其的學習和研究就變得至關重要。但是目前院校實際教學中，由于院校沒有專用的1553B總線教學實驗室，1553B 試驗箱價格昂貴，軟硬設施與教學目標存在一定差距，欠缺合適的教學工具和學員自主學習工具，令1553B 總線的教學往往停留在概念性認識階段[6]。

該文在研究1553B 總線數據傳輸的基礎上，開發了一款滿足院校培訓教學的1553B 總線仿真軟件，目標是滿足教學培訓與自主學習需求，提高學員的航空電子設備維護水平。

1 1553B總線與開發工具簡介

1.1 1553B總線簡介

MIL-STD-1553B 總線全稱為數字時分制命令/響應型多路傳輸數據總線[7-8]，主要由四部分組成：總線控制器（BC）、總線監視器（BM）、遠程終端（RT）[9]和余度電纜（物理媒介）[10]。在總線上傳輸的數據碼應是曼徹斯特Ⅱ型碼。總線上的協議字分為三類：命令字、數據字、狀態字[11]。命令字傳輸的是BC 的命令，數據字、狀態字傳輸的分別是數據和狀態信息[12]。

1.2 開發工具簡介

該軟件在Windows 操作系統下，使用Visual Basic 6.0 集成開發工具，面向用戶，界面豐富，接口方便[13]。Visual Basic 6.0 簡稱VB 6.0，緊密聯系Windows 操作系統[14]，具有可視化的設計工具、結構化的程序設計語言與簡明的程序集成開發環境[15]，極大提高了該軟件的開發效率[16]。

2 數據通信需求分析

針對實際教學培訓中學員較難理解的問題，該軟件選擇3個1553B總線實驗進行仿真，如圖1所示。

圖1 軟件總體框架

2.1 基礎通信需求

1553B 總線基礎通信實驗是學習1553B 總線的基礎，可視化要求可在時間軸上顯示傳輸的命令字、狀態字、數據字。命令字要求配置的內容應該設置為4 項：1）RT 地址（可選31 個，當選擇廣播模式默認為11111）；2）T/R 位（選擇接收命令字或者發送命令字）；3）子地址/方式（可選30 個，當上一步中選擇了方式控制模式，默認為00000 或11111，則無法更改）；4）數據字計數和方式代碼（發送或接收的數據字個數為0～32 個，若啟用了方式控制，則代表需要執行的方式命令，默認填入無法更改）。

真實航空電子系統上的數據傳輸是按照大周期進行，大周期內又有多個小周期，小周期內又有多個消息。所以，文中進一步提出關于1553B 的總線消息調度實驗。

2.2 總線消息調度需求

為了教學的實用性和設計的便捷性，該文只根據刷新頻率（傳輸周期）安排消息傳輸。在所有消息中，取最長的周期傳輸時間間隔（即刷新頻率最低）作為大周期的參考，取最短的周期傳輸時間間隔（即刷新頻率最高）作為小周期的參考。該實驗模擬的是用戶自定的航電系統消息情況，而真實航電總線上的各RT 消息頻率是按照ICD 調度表進行傳輸的，因此由概況具體過渡到基于ICD 的消息調度實驗。

2.3 基于ICD的消息調度需求

接口控制文件（Interface Control Document，ICD）是定義和描述組成航電各分系統或電子設備之間接口性能、技術特性及使用說明的技術文件[13]。該實驗模擬一個小型航電系統的運行過程，是對該教學仿真軟件實驗內容的綜合提煉與升級。對ICD 消息傳輸的可視化需求有在時間軸上顯示總線ICD 消息塊，實時顯示小周期時間與進度，根據用戶操作觸發非周期消息，查看或者隱藏指定發送設備在時間軸上所有的消息小塊，以此直觀地認識周期消息的傳輸情況。

3 可視化設計與實現

用戶啟動軟件，彈出學習模式對話框，對應實際教學需求，選擇3 種實驗模式。軟件實現步驟：在Microsoft Visual Basic 6.0 平臺上建立標準exe 工程文檔；按照方法新建窗體、對話框、模塊以及各種所需的控件，并對照軟件邏輯流程圖提出的需要，在建立的窗體、對話框、模塊、控件中寫入實現功能所需的代碼，按當前指定的目標功能實時調試糾錯；整體完成后編譯生成exe 文件，對整體進行調試并記錄問題；修改工程文件；編譯生成可執行文件；投入使用獲取用戶反饋并根據實際情況進行優化。

3.1 1553B總線基礎通信實驗

該實驗實現了1553B 總線的基礎數據通信，能夠仿真一則消息的具體傳輸情況。如圖2、圖3 所示，為RT-＞RT 傳輸模式下的操作界面，大致把界面功能劃分為：1）學習說明類內容；2）字格式配置區功能；3）傳輸過程可視化的功能操作與實現。

圖2 學習說明類內容與字格式配置區

圖3 傳輸過程可視化的功能操作與實現

3.1.1 學習說明類內容

學習說明類內容對應學習說明、命令字配置表、數據字格式表、狀態字格式表。學習說明按鈕用于打開存有點對點傳輸模式學習說明文件的窗體；命令字配置表按鈕用于打開命令字1 的配置表，此表的分類辦法思路新穎，將不同項的分類和配置命令字1 的順序相對應，直觀性更強，幫助用戶快速選擇查閱；數據字格式表和狀態字格式表按鈕分別用于打開對應的字格式表。重選學習模式除了關閉窗口外，還可清除當前顯示內容與初始化操作。

3.1.2 字格式配置區功能

在配置過程中消息模式標題跟隨配置命令字1框的內容實時更新變化；啟用方式命令時，配置命令字1 框方式代碼的項根據前面RT 地址、T/R 位和子地址/模式框的所選項實時改變；如果進入RT-＞RT、RT-＞RT（廣播）這兩種消息模式，激活配置命令字2框，那么配置命令字2 框會依據協議規范，關聯隨動配置命令字1 框；根據不同的消息模式激活對應的數據字配置框。

3.1.3 傳輸過程可視化

傳輸過程可視化的實現依賴于數據字配置區下方的4 個功能類按鈕：完成配置、生成字碼和MII 波形、執行傳輸流程演示、拓撲圖示意流程。對應的主要功能：計算和配置輸入信息、生成對應的二進制、十六進制碼以及曼徹斯特Ⅱ型編碼波形圖、識別消息模式并且對應執行文字以及視圖流程演示、識別消息模式并顯示對應拓撲示意圖。

3.2 1553B總線消息調度實驗

1553B 總線消息調度實驗根據用戶輸入的頻率參數調度安排周期傳輸內容，模擬總線消息傳輸的大致過程。圖4、圖5 為消息調度實驗界面，圖4 中為繪制分段有序的小周期，按順序將小周期連接，即可組成當前自定頻率下數據傳輸的一個大周期；圖5中為大周期消息傳輸演示，在這個部分將顯示一個完整的大周期，并設置運行指針來表示大周期運行的情況。

圖4 1553B消息調度小周期部分界面

圖5 1553B消息調度大周期消息傳輸部分界面

3.3 基于ICD的消息調度實驗

實驗較為完善地模擬了一個小型航電系統在一次空空火力打擊時總線上消息的傳輸情況，是對1553B 總線數據傳輸實驗內容設計的一個總結和提高。

主要開發流程：設計ICD 表，根據ICD 表消息內容計算安排周期消息調度分配；實現周期消息傳輸模擬；實現非周期消息實時插入模擬；實現單獨顯示指定發送設備消息功能。周期消息傳輸可視化實現思路為設置PictureBox 控件，合理劃分顯示空間，根據數組內存儲的所有RT 消息內容，在PictureBox 控件上繪制周期傳輸的小塊，以及顯示時間指針符，需要實時顯示的代碼應該放置在定時器控件內。用戶單擊全部運行按鈕，并啟動定時器。單擊暫停則將定時器的使能屬性設置為禁用(False)，單擊繼續則設置為啟用(True)，定時器繼續運行。在一個周期傳輸完成之后，應當清空當前的PictureBox 內容，并將定時器使能屬性設置為禁用，使得能夠用Call 方法調用全部運行按鈕中的過程函數，實現一個循環演示的效果。圖6 為總線ICD 消息序列運行的主要實現結構。

圖6 總線消息序列運行實現結構

4 結束語

該文在詳細分析1553B 總線數據傳輸的基礎上，用Visual Basic 6.0 設計開發了一款應用于教學的1553B 總線仿真軟件。結合院校教學實際，詳細分析了軟件開發需求，實現了1553B 總線基礎通信實驗、1553B 總線消息調度實驗、基于ICD 的消息調度實驗。通過交互式的實驗設計，提高了實驗操作自由程度與糾錯能力，可更好地發揮用戶的主觀能動性，通用性強，較好地滿足了當前1553B 總線培訓教學中的實際需求。