机载1553B总线需求分析研究

机载1553B总线需求分析研究

庞建豪 李新民 孟悦

中国航空计算技术研究所 陕西西安 710119

摘要：1553B总线在机载领域的应用越来越广，针对不同系统中对1553B总线的设计需求需要明确化，本文从1553B总线特点出发，结合整机的任务功能需求针对当前机载1553B总线的需求进行分析，明确机载1553B总线设计的要点。

关键词：总线控制器(BC) 远程终端（RT）总线监控器（BM）改进的静态总线控制（ISBC） 多协议复用总线控制（MPBC） 双端口存储器（DPRAM） 直接存储器访问 (DMA)

GJB289A总线在国内外机载、弹载、舰载等领域已广泛应用逾30年，作为最早替代ARINC429，将点对点拓扑替代为总线型拓扑后，以其高可靠性、抗干扰能力能力强著称，应用时间之长、应用型号之多，尚无其他任何总线网络产品可与之媲美。

本文将机载1553B总线接口的需求进行分析和提炼，以便设计者能实现更完整的机载1553B总线接口。

1  GJB289A总线简介

GJB289A总线标准是一种综合航空电子系统多路传输数据总线通信协议，GJB289A总线系统是基于余度设计的指令响应式的多路传输总线。总线系统是由一个总线监控器（BC）、多个远程终端（RT）、总线监控器（BM） 以及总线通信线缆组成，总线中各个设备与上层系统的交互完成整机系统的功能需求。BC作为总线控制器实现整个GJB289A网络通信的管理与控制； RT作为远程终端，实现与总线上的总线控制器以及其他远程终端通信等功能；BM作为总线监控器，实现对所有总线上的传输数据进行监控记录的功能，并标记时戳；多路传输总线接口模块的（MBI）的总线系统结构拓扑图如下图1所示。

图1  GJB289A总线拓扑结构图

2  机载1553B总线接口通用需求

机载1553B总线通信的接口需求主要有以下方面：

体系架构；功能模式：BC/RT/MT/RTMT；耦合方式：变压器耦合；通信数据量：64KW；

数据共享方式：DPRAM；中断机制；时间性能：DT、WDT、消息间隔时间、最大响应超时时间；网络管理；自测试；错误重试；矢量字和消息刷新机制。

2.1体系架构

机载1553B总线应用，尤其是BC应用，因其在总线中的核心地位，通常不建议采用1553B IP固化在FPGA中实现，因为这种实现方式，各种环境下的确定性是要劣于使用协议芯片的。因此，本文描述的体系架构，仅针对使用1553B总线协议控制器芯片的应用。因为协议控制器本身的架构，决定了外围电路的架构，根据目前最常用的机载应用协议处理器，主要包括三类：

（1）DDC公司的 BU6186x系列，因其功能覆盖全,能作为BC/RT/MT/RTMT、同时内部包含RAM、包含总线收发器等特色，应用最为广泛。

（2）UTMC公司的UT1553 BC/RT：因其应用最早，并且寄存器少、功能配置简易，在早期机载应用用应用非常广泛，缺点是无RTMT功能。

（3）Holt公司的HI-613X系列：是Holt公司专门研发用于取代DDC公司芯片的新架构，其内部BC、RT、MT的协议栈是完全独立的，可任意组合，并且内部也包含收发器，且相对DDC产品而言，价格较低，在近年来也有应用。

2.2功能：BC/RT/MT/RTMT

1553B总线接口的功能，包括BC、RT、MT三种。但有些特殊的应用，经常需要使用RTMT功能，即作为RT的同时，作为MT进行总线监控。不同的功能，对传输实现的需求不同。

2.3耦合方式

机载1553B总线，要求使用变压器耦合方式，终端通过短截线及耦合变压器连接到主电缆上，短截线的长度不超过6m。

2.4通信数据量

不同的功能，需要的数据通信量不同，按照通用设计，不同的子地址，不同的RT地址，使用独立的数据缓冲考虑，缓冲区的个数按照最少2个设计。

BC功能模式下：RT个数30（不考虑广播）,收发子地址个数各30（不考虑方式代码），消息数据字最大32个，额外信息包括两个指令字、两个状态字、消息间隔时间、时标等，因此单个缓冲区按照40个字考虑。因此最大的数据量需求为：30*30*2*40*2=144000W，约为140.6KW。

RT功能模式下：收发子地址个数各30（不考虑方式代码），消息数据字最大32个，而外信息包括：指令字、状态字、时标等，单个缓冲区也按照40个字考虑。最大数据需求量为：30*2*40*2=4800W，约为4.68K。

MT功能模式下：机载MT功能，通常只监控总线表中定义的消息，即BC的消息，因此数量至少需按照BC需求实现。监控的内容应该包括消息的命令字、状态字和数据字以及消息的时间戳。

2.5数据共享方式

使用DPRAM和主机共享数据，共享方式为：

MBI模块接口端：除了1553B协议控制器之外，还设计一个智能控制器。智能控制器可访问DPRAM的一个端口，当1553B协议控制器需要收发数据时，它向智能控制器发出DMAR请求，智能控制器响应之后DMAG，1553B协议控制器确认DMA_ACK之后，其获取DPRAM控制权；

主机接口端：主机控制DPRAM的另一端，将需要发送的数据写入DPRAM、从DPRAM读取接收到的数据。

2.6中断机制

1553B内部接口的中断通常包括：

（1）协议控制器向智能控制器的中断：包括消息结束中断、错误状态中断等；

（2）DT定时器的中断；

（3）WDT中断；

主机接口中断，通常涉及一些事件，包括:

WDT中断、紧急消息中断、自测试失败中断、上网中断、下网中断。

2.7时间性能

MBI模块对时间性能的要求一般包括DT、WDT、消息间隔时间、最大响应超时时间。

DT：延时定时器，主要用于BC的小周期控制功能；

WDT：看门狗定时器，主要用于BC的双机切换功能；

消息间隔时间：主要用于BC消息调度，根据应用的总线表中对消息的周期定义来确定；

最大响应超时时间：消息的最大响应超时时间应满足标准协议的要求，为14us。

2.8网络管理

RT上网：当RT响应BC发送的指令时，BC需要将RT置为上网状态。

RT下网：当RT响应BC发送的指令时，BC需要将RT置为上网状态。

2.9自测试

自测试包含上电自测试、周期自测试、总线BIT消息三种。自测试内容包括DSP自测试、DPRAM自测试、RTC自测试以及协议芯片自测试。

2.10错误重试

重试机制分为立即重试和集中重试两种机制。立即重试是消息出错后，立即组织消息传输；集中重试是将消息放入到重试链表，在重试消息片区组织消息重试。

2.11矢量字和消息刷新机制

  对BC输入消息(RT->BC,RT->RT,RT->RTS)，采用矢量字传输机制，具体为：

在总线表中，设计这些发送RT的发送矢量字方式命令，具体格式为：发送矢量字指令+矢量字+发送RT状态字字；

其中的矢量字和发送RT的状态字是由发送RT传输的。如果发送RT需要传输的数据已经刷新，则在对应的发送子地址对应的矢量字位（设计中为发送子地址1~16分别对应矢量字位0~位15）置1。BC根据发送RT的矢量字，就可以确定该RT相关的发送消息是否具备传输条件，如果不具备条件（矢量字位未置位），则不组织相关消息传输，从而节省带宽。

3.总结

本文描述机载1553B总线接口设计需求，从协议以及应用系统的功能需求等方面明确1553B 总线在设计过程中的设计要求。1553B总线需求分析的明确有利于产品设计的标准化和规范化，在产品设计过程中提供指导性帮助，并且有助于指导机载1553B总线接口设计和验证。

参考文献:

[1] 刘航， 赵川，寇学锋，等. 基于GJB289A 总线SoC 芯片的1553 模块设计与实现[J]. 电子技术应用，2016 ，42(7) ：167-170

[2] 基于HKS1553BCRT芯片的1553B总线通信软件设计[J].计算机技术与发展, 2012.