基于1553B的綜合導航系統(tǒng)總線信息監(jiān)測儀＊

聶浩翔 卞鴻巍 王榮穎

（海軍工程大學電氣與信息學院 武漢 430033）

1 引言

MTL-STD-1553B是20世紀70年代發(fā)展起來的“飛機內(nèi)部時分制指令／響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”［1］，具有可靠性高、速度快、雙冗余、便于提高電子系統(tǒng)集成等優(yōu)點［6］。經(jīng)過30多年的發(fā)展，MTL-STD-1553B已經(jīng)成為國際公認的用于軍用平臺信息交換的總線標準［2］。

目前，我國海軍、空軍的一些武器平臺已經(jīng)采用 GJB289A（MTL-STD-1553B）數(shù)據(jù)總線［2］。如某綜合導航系統(tǒng)中的若干個分系統(tǒng)通過1553B總線與其計算機進行數(shù)據(jù)交換。為了保證系統(tǒng)正常運行，使系統(tǒng)在聯(lián)調(diào)測試過程中，對發(fā)生的故障、問題能夠準確定位，及時排除，需要對1553B數(shù)據(jù)監(jiān)測技術進行研究。

本文以某綜合導航系統(tǒng)聯(lián)調(diào)為背景，研制出一種對1553B總線系統(tǒng)信息進行監(jiān)測的系統(tǒng)。該1553B總線監(jiān)測系統(tǒng)初始化作為總線監(jiān)視器MT掛在總線系統(tǒng)上，監(jiān)視、記錄整個總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為故障定位提供可靠的通信數(shù)據(jù)，為日后建立相應的故障診斷系統(tǒng)積累大量的試驗數(shù)據(jù)。

2 1553B總線監(jiān)測系統(tǒng)方案

總線監(jiān)測系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。其中硬件部分主要由加固機和1553B板卡組成。根據(jù)系統(tǒng)需求，采用低功耗、散熱良好、性能穩(wěn)定的加固機作為系統(tǒng)應用軟件的硬件載體。

為了加快硬件應用軟件的開發(fā)速度，選用了符合1553B 標 準 的 ELCUS 公 司 的 TEI-PCI4-01-C板卡，此板卡支持由ELCUS公司提供的源代碼級API，在1553B總線環(huán)境下，能實現(xiàn)總線控制器（BC）、總線監(jiān)視器（MT）、遠程終端（RT）功能。

圖1 綜導系統(tǒng)總線信息監(jiān)測儀連接示意圖

此板卡的源代碼級API函數(shù)提供了操作系統(tǒng)和硬件之間的接口，方便用戶進行程序設計和二次開發(fā)。該板卡應用平臺廣泛，針對DOS、Windows 98、XP、2000、ME、NT 4.0以及 Linux kernel 2.4等操作系統(tǒng)，驅動都給出了相應的板卡通用接口函數(shù)。另外，通過軟件編程可任意更改板卡的工作模式（某些板卡要通過設備上的焊接或跳線來設置），方便開發(fā)人員靈活處理具體通訊問題。

3 軟件設計及關鍵技術

軟件部分是在Windows XP系統(tǒng)下采用VC＋＋6.0作為開發(fā)環(huán)境，調(diào)用ELCUS公司的API函數(shù)來實現(xiàn)監(jiān)測總線數(shù)據(jù)通信的功能。

3.1 軟件組成和工作流程

總線監(jiān)測儀軟件采用程序設計中常用的模塊化思想。根據(jù)1553B通訊協(xié)議，總線監(jiān)視器的功能不響應總線控制器的任何命令，用于監(jiān)視總線數(shù)據(jù)及提取數(shù)據(jù)以便以后的數(shù)據(jù)分析［3］。因此軟件主要由主模塊和五個主要的模塊：初始化模塊、數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)解析模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)保存模塊組成。

圖2 總線監(jiān)測儀軟件組成圖

主模塊負責整個系統(tǒng)的軟件流程；初始化模塊主要用來對板卡和系統(tǒng)運行時所需要的一些參數(shù)如采樣時間進行初始化；數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊以各種方式對用戶關心的消息進行選擇監(jiān)控；數(shù)據(jù)解析模塊把監(jiān)控的數(shù)據(jù)按照一定的格式解析成為具體的物理含義；數(shù)據(jù)顯示模塊是用編輯框或圖表把監(jiān)控解析后的數(shù)據(jù)進行顯示；數(shù)據(jù)保存模塊是保存解析后的數(shù)據(jù)以便事后分析。

3.2 基于多線程和板卡中斷機制的數(shù)據(jù)采集

該綜合導航系統(tǒng)交聯(lián)關系十分復雜，1553B總線承擔著所有消息的傳輸，消息多而且傳輸頻率比較高，因此，1553B總線信息監(jiān)測系統(tǒng)必須具有實時性［8～9］，才能監(jiān)控總線上傳輸?shù)乃邢?，不會出現(xiàn)消息丟失的情況。

中斷技術是解決實時性較好的辦法，即每個消息傳輸結束，產(chǎn)生消息中斷，中斷服務程序對傳輸完的消息進行處理。然而由于Windows操作系統(tǒng)對中斷不完全開放，在Windows下開發(fā)中斷處理程序非常困難。但是Windows提供了消息循環(huán)機制和多線程機制［4，7］，采用 Windows的多線程機制和板卡的中斷機制可以解決這個問題［5］。

圖3 軟件流程圖

1553B板卡底層通信軟件的運行由總線接口板上的微處理器直接管理，因此，它不直接由Windows操作系統(tǒng)管理，具有實時性。一條消息運行結束時，總線接口板產(chǎn)生消息結束中斷，微處理器組織將消息數(shù)據(jù)存儲到雙口存儲器中。

在程序中創(chuàng)建一個MTProc線程，該線程一般處理“睡眠等待”狀態(tài)，當查詢到有中斷產(chǎn)生時，線程被“喚醒”，中斷服務程序對消息進行處理，這樣，采用Windows消息循環(huán)機制和底層板卡實時中斷機制相結合，保證了消息采集的實時性。流程圖如圖3所示。具體過程如下：

在初始化模塊中創(chuàng)造一個事件對象并返回句柄hEvent，并將事件對象置為無信號狀態(tài)。調(diào)用板卡API函數(shù)tmkdefevent定義當前板卡事件對象，驅動利用該句柄通知進程接收設備中斷。在MTProc線程中，由于事件處于“非信號狀態(tài)”，通過調(diào)用WaitForSingleObject（）函數(shù)來監(jiān)視這個信號。如果檢測到有信號則返回WAIT＿OBJECT＿0，按照需求進行操作；如果超過了超時間隔，事件對象仍然為信號，則返回WAIT＿TIMEOUT。

3.3 高精度定時器的設計

目前系統(tǒng)定時器是在Visual C＋＋6.0中常用的定時器，即使用SetTimer（）函數(shù)進行初始化，應用程序響應SetTimer（）函數(shù)發(fā)送的消息 WM＿TIMER。該定時器在用Visual C＋＋6.0編程時使用較多，但是它的最大缺點是其最小定時時間約為55.0722ms［11］，只能滿足測控軟件的一般定時需求。

本文針對1553B通信速率高的特點，在多線程的基礎上，利用QueryPerformanceCounter函數(shù)和QueryPerformanceFrequency函數(shù)設計了高精度定時器。

兩個函數(shù)的原型為

兩個函數(shù)均在MTProc線程中調(diào)用。

1）首先調(diào)用QueryPerformanceFrequency函數(shù)取得高精度運行計數(shù)器的頻率f。單位是次／秒（n／s），該數(shù)值一般很大。

2）在需要定時的代碼兩端分別調(diào)用QueryPerformanceCounter以取得高精度運行計數(shù)器的數(shù)值n1，n2。兩次數(shù)值的差值通過f換算成時間間隔t＝（n2－n1）／f。

3）建立一個while（t≥time）循環(huán)，time為采樣時間，若滿足條件，則進行相應的處理。

測試證明，設計的高精度定時器滿足數(shù)據(jù)采集的要求。

4 結語

1）針對某綜合導航系統(tǒng)設計了一種總線監(jiān)測儀器，重點介紹了系統(tǒng)的組成和程序設計中的關鍵問題。

2）在軟件設計中采用了多線程和硬件板卡中斷技術進行數(shù)據(jù)采集，在此基礎上設計了一種高精度定時器保證了數(shù)據(jù)的實時性。

3）測試表明，該總線監(jiān)測儀能較好地接收綜導總線數(shù)據(jù)，人機界面良好，工作穩(wěn)定，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、故障定位提供了支持，可以為綜合導航系統(tǒng)聯(lián)調(diào)提供有力支持。

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