彈內(nèi)高速1553B總線RT端軟件設(shè)計與應(yīng)用

賈金艷，陳海峰，丁炳源，胡　純

(北京機電工程研究所，北京　100074)

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彈內(nèi)高速1553B總線RT端軟件設(shè)計與應(yīng)用

賈金艷，陳海峰，丁炳源，胡純

(北京機電工程研究所，北京100074)

隨著導彈功能性能復雜性的不斷提高，彈載設(shè)備間的信息交換量日益增加，對1553B總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高;1 Mbps 1553B總線已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代航空、航天和地面車輛系統(tǒng)應(yīng)用中各項數(shù)據(jù)交換的基本需求;目前，高速1553B總線產(chǎn)品應(yīng)運而生;通過對高速1553B總線通訊特性進行研究，結(jié)合彈內(nèi)高速1553B總線不同遠程終端(RT)的通訊需求，給出了彈內(nèi)高速1553B總線RT端軟件的中斷與查詢兩種設(shè)計方案;這兩種設(shè)計方案已成功應(yīng)用于某系列導彈彈內(nèi)的各個RT端設(shè)備，通過了該導彈武器的研制與定型階段的各項工程試驗驗證，結(jié)果表明中斷與查詢兩種設(shè)計方案滿足該導彈系統(tǒng)的不同RT端的應(yīng)用需求，具有一定的推廣價值。

導彈；高速1553B總線；遠程終端；軟件設(shè)計

0　引言

1553B總線是飛機內(nèi)部時分制指令響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線。由其傳輸速率高，設(shè)備之間連接簡單靈活，噪聲容限高，通信效率高而且可靠。從推出到現(xiàn)在，經(jīng)過二三十年的發(fā)展，1553B總線技術(shù)也在不斷的改進。目前1553B總線已經(jīng)成為在航空航天領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的總線標準[1-4]，預計在未來十年1553B總線還將得到廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，導彈武器已經(jīng)成為體系化防務(wù)對抗系統(tǒng)的一部分。隨著導彈功能性能復雜性的不斷提高，彈載設(shè)備間的信息交換量日益增加，對1553B總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。目前，1Mbps的傳輸速率已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代航空、航天和地面車輛系統(tǒng)應(yīng)用中各項數(shù)據(jù)交換的基本需求[5]。近年來，國內(nèi)多家高速1553B總線產(chǎn)品應(yīng)運而生。本文給出彈內(nèi)高速1553B總線RT端通訊軟件的兩種設(shè)計方案，已在某系列導彈武器上應(yīng)用，具有一定的推廣價值。

1　高速1553B總線

1.1系統(tǒng)組成簡介

導彈采用高速1553B總線作為彈內(nèi)骨干通訊網(wǎng)絡(luò)，完成導彈發(fā)控、測試、飛控等階段的控制數(shù)據(jù)和遙測數(shù)據(jù)通訊功能。

制導計算機作為總線控制器(BC)，是啟動總線數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的唯一終端，負責發(fā)送指令字，參與數(shù)據(jù)傳輸，接收狀態(tài)響應(yīng)和監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。測控系統(tǒng)兼作遠程終端(RT)/總線監(jiān)視器(MT)，MT用于監(jiān)聽和收集來自總線上的所有消息，完成總線上數(shù)據(jù)信息的記錄和分析，但不參與任何總線數(shù)據(jù)傳輸。其它設(shè)備作為RT，對來自總線控制器的指令做出響應(yīng)，按指令要求完成數(shù)據(jù)傳輸和其他操作。每個RT被指定一個專用總線地址，從1到30均可采用，不采用地址0作為RT的專用地址，RT地址31為所有遠程終端的公用地址。彈內(nèi)高速1553B總線通訊拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　彈上高速1553B總線通訊拓撲結(jié)構(gòu)

1.2總線消息特性分析

1553B標準定義了十種消息格式：BC->RT Transfer、RT->BC Transfer、RT->RT Transfer、Mode Code No Data、Tx Mode Code With Data、Rx Mode Code With Data、Broadcast、RT-to-RTs(Broadcast) Transfer、Broadcast Mode Code No Data、Broadcast Mode Code With Data，實現(xiàn)BC到RT、RT到BC、RT到RT以及廣播方式和系統(tǒng)控制方式。高速1553B總線控制器發(fā)出的最小消息間隔為1.0 μs(4 M 1553B)/0.8 μs(5 M 1553B)/0.7 μs(6 M 1553B)。遠程終端響應(yīng)有效指令字的間隔時間為1.0 ～3.0 μs(4 M)/0.8～2.4 μs(5 M)/0.7～2.0 μs(6 M)。總線控制器在一路總線上啟動傳輸后，6.0 μs 內(nèi)未收到RT端狀態(tài)字，則認為遠程終端無響應(yīng)超時。上述最小消息間隔、響應(yīng)時間、無響應(yīng)超時3個性能指標不同于1 M1553B，在RT端軟件設(shè)計中要注意最小消息間隔，避免處理不當造成消息丟失。

2　傳輸通訊協(xié)議設(shè)計

1553B標準定義的十種消息格式中BC->RT Transfer、Mode Code No Data、Tx Mode Code With Data、Rx Mode Code With Data、Broadcast、Broadcast Mode Code No Data、Broadcast Mode Code With Data按照協(xié)議約定BC主動進行，RT->BC Transfer、RT->RT Transfer、RT-to-RTs(Broadcast) Transfer通過矢量字方式握手機制。以矢量字握手方式下的RT→BC通訊傳輸示例如下：

1)當RT某子地址數(shù)據(jù)就緒后，設(shè)置矢量字的相應(yīng)位，其中矢量字D0位(低)為1，表示子地址1數(shù)據(jù)就緒。D1位為1，表示子地址2數(shù)據(jù)就緒，依次類推，D15位為子地址16數(shù)據(jù)就緒。

2)BC向RT發(fā)送“方式指令字(發(fā)送)”，RT返回狀態(tài)字和一個矢量字。

3) 如果BC檢查矢量字的相應(yīng)位已置“1”，則完成RT→BC的相應(yīng)子地址數(shù)據(jù)傳輸。

4)BC取走某一子地址數(shù)據(jù)后，由RT自動清除矢量字的相應(yīng)位，避免BC端重復讀取該子地址數(shù)據(jù)。

RT->RT Transfer、RT-to-RTs(Broadcast) Transfer通訊協(xié)議同RT->BC Transfer。

3　高速1553B遠程終端軟件設(shè)計

3.1HT-61843GB/L簡介

HT-61843GB/L 高速1553B總線控制模塊支持BC/RT/MT3種工作模式，軟件操作兼容DDC公司BU-61580。HT-61843GB/L為主機提供了一個內(nèi)存映射軟件接口，地址空間是4 K*16bit的內(nèi)部RAM，同時還包括17個通用操作寄存器。寄存器定義、RT存儲映射和管理都與BU-61580兼容。其強大功能簡化了1553B總線接口終端復雜協(xié)議邏輯的軟件設(shè)計過程，其軟件設(shè)計重點為對總線控制系統(tǒng)初始化配置，以及應(yīng)用層消息處理，而不需要過多關(guān)注1553B總線的底層傳輸?shù)脑O(shè)計。

3.2 RT端軟件設(shè)計

3.2.1 寄存器初始化

寄存器初始化步驟如下：

1)設(shè)置中斷屏蔽寄存器為0x01，復位控制器。

Bit00：RESET。

2)設(shè)置配置寄存器3為0x8000，增強模式。

Bit15：ENHANCED MODE ENABLE。

3)初始化中斷屏蔽寄存器為0x11。

bit04：RT SUBADDRESS CONTROL WORD EOM。

bit00；END OF MESSAGE。

4)設(shè)置ConfigReg2為0x3816。

bit01：Enhanced RT Memory Management enabled。

bit02：Clear Service Request。

bit04：interrupt status Auto Clear。

bit11：Overwrite Invalid Data。

bit12：Rx SA Double Buffer Enabled。

bit13：Busy Lookup Table Enabled。

5)設(shè)置ConfigReg3為0x801D。

Bit00：ENHANCED MODE CODE HANDLING。

bit02：RT FAIL Flag WRAP Enable。

bit03：Busy Transfer Disable。

bit04：Illegal Rx Transfer Disable。

bit15：Set Enhanced Mode。

6)ConfigReg4 = 0x2000。

bit13：Mode Command Override BUSY。

7)設(shè)置ConfigReg5 為 0x0900。

bit8：GAP Check Enabled。

bit11：Expanded Crossing Enabled。

3.2.2內(nèi)存初始化

內(nèi)存初始化步驟如下：

1)初始化內(nèi)存，寫0到整個內(nèi)存區(qū)。

2)初始化接收子地址查詢指針表140 H～15 FH：雙緩沖，每個子地址指針遞增40 H。

3)初始化發(fā)送子地址查詢指針表160 H～17 FH:單緩沖，每個子地址指針遞增20 H。

4)初始化子地址控制字表1A0H～1BFH為C200H。15(MSB)接收：雙緩沖使能；14發(fā)送：消息結(jié)束中斷；9接收：消息結(jié)束中斷。

內(nèi)存初始完成后設(shè)置ConfigReg1為0x8f80；

Set RT Mode，bit13為0：Current Area is A。

3.2.3RT端處理消息程序設(shè)計

1)RT端采用中斷方式處理消息：

該方式下總線控制器模塊的EOM接到RT端處理器的外部中斷管腳。當消息傳輸完畢(EOM：End Of Message )會觸發(fā)RT端DSP外部中斷，通過設(shè)計合理的中斷服務(wù)程序來處理消息：無論RT接收或發(fā)送消息，均需要及時地提取當前堆棧指針指向?qū)?yīng)的消息塊狀態(tài)字的相應(yīng)信息(發(fā)送/接收指令、子地址)，若是RT發(fā)送消息，還需要清除對應(yīng)子地址的矢量字相應(yīng)位，避免BC端重復讀取消息；若是RT接收，則還需要提取接收字長、接收數(shù)據(jù)塊指針。

中斷服務(wù)程序設(shè)計如圖2所示。

圖2　中斷服務(wù)程流程圖

2)RT端采用查詢方式處理消息：

高速總線消息最小間隔為1.0 μs(4 M 1553B)/0.8 μs(5 M 1553B)/0.7 μs(6 M 1553B)，對于消息密集的RT設(shè)備，若還采用中斷處理方式時，當?shù)?個消息的EOM觸發(fā)進入中斷服務(wù)程序開始處理第1個消息，而第2個消息的命令堆棧寄存器的內(nèi)容是在第2個消息SOM序列尾部更新，這就意味著第1個消息的中斷服務(wù)程序需要在第二個消息堆棧指針更新前取走第1個消息的堆棧指針，否則第1個消息的中斷服務(wù)程序直接取到第2個消息的堆棧指針，即丟失了第1個消息。為防止丟失消息，需采用查詢的方式來處理消息。查詢方式下RT端消息處理程序設(shè)計如圖3所示。

圖3　基于堆棧指針查詢的RT端軟件設(shè)計

查詢方式的設(shè)計要點如下：

1)通過RT存儲映射的Stack Pointer A(B) 0x100(104)和命令堆棧指針寄存器 “COMMAND STACK POINTER REG”均能找到當前最新消息的描述符堆棧。 二者的指針內(nèi)容作差為4，即第1個消息SOM(START OF MESSAGE)序列后二者的內(nèi)容分別為4和0，第2個消息SOM序列后二者的內(nèi)容分別為8和4。中斷處理方式時用命令堆棧指針寄存器“COMMAND STACK POINTER REG“訪問最新消息的描述符堆棧。查詢方式時，我們定義了RT_STACKPT(初值為0)指向待處理消息描述符堆棧，用其跟隨RT存儲映射的Stack Pointer A(B)，確保逐一處理所有已經(jīng)產(chǎn)生的消息，避免遺漏。處理完一個消息后該值加4，256后回零。

2)由于Stack Pointer的內(nèi)容是在SOM序列后更新的，而不是在EOM序列后更新的，所以在根據(jù)堆棧指針逐一處理消息前，需要判斷該消息的EOM(避免消息內(nèi)容為半新半舊)，若EOM已經(jīng)產(chǎn)生，則繼續(xù)處理該消息。若沒產(chǎn)生，需要區(qū)分兩種情況：1)若該消息是當前最新消息，則暫不處理，說明該消息正在傳輸中，待下一周期查詢時再判斷處理。2)若該消息的下一個消息已經(jīng)開始了，則說明該消息為RT->RTS廣播消息，或其它不期望處理的消息，則可根據(jù)需求處理該消息或直接跳過該消息去查詢下一個消息，避免出現(xiàn)死等該消息EOM的局面。

4　工程應(yīng)用與分析

本文提出的高速1553B總線的遠程終端中斷與查詢兩種消息處理方案，作為通用方案已成功應(yīng)用于某系列導彈武器的各個RT端。對于消息種類單一、通訊消息稀疏的RT端如某高度測量、發(fā)動機控制器等設(shè)備采用中斷方式處理消息，RT端軟件設(shè)計簡單可靠易用。對于消息種類多，消息相對密集的RT端如慣導、導引頭等設(shè)備采用查詢的方式來處理消息，RT端軟件設(shè)計相對復雜，但功能完備適應(yīng)性強。目前這兩種方案已通過了研制階段與定型階段的各項試驗驗證。試驗中RT端設(shè)備通訊應(yīng)答穩(wěn)定可靠，滿足系統(tǒng)的通訊需求。

5　結(jié)論

本文針對彈上高速1553B總線上RT端設(shè)備的不同需求，提出了中斷與查詢兩種消息處理軟件方案，已成功應(yīng)用于某系列導彈武器上的各個RT端設(shè)備，并通過了研制與定型階段的各項工程試驗驗證，結(jié)果表明中斷與查詢兩種設(shè)計完全滿足該導彈系統(tǒng)的通訊需求，具有一定的推廣價值。

[1]陳春燕，等.基于1553總線的飛行器電氣綜合系統(tǒng)管理設(shè)計[J].計算機測量與控制，2014，22(6)：1865-1867.

[2]徐貴賢.1553B 總線簡介及其實現(xiàn)[J].通信技術(shù) ，2011，44(5)： 166-168.

[3]劉士全，等.1553B總線應(yīng)用發(fā)展研究[J].電子與封裝，2013，13(12)：12-15.

[4]陳亮，等.基于1553B協(xié)議的導彈控制系統(tǒng)信息流設(shè)計探討[J].計算機測量與控制，2012，20(8)：2180-2182.

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Design and Application of 1553b Bus RT Soft on Missile

Jia Jinyan，Chen Haifeng，Ding Bingyuan，Hu Chun

(Beijing Electro-Mechanical Engineering Institute，Beijing100074，China)

As the complexity of missile increases continually, the communication between the devices in the missile becomes more and more frequent, which requires faster and faster transfer speed of 1553B bus. The traditional 1 M1553B bus is not fast enough to transfer information in modern aeronautics, astronautics and ground vehicle system. High speed 1553B bus appears at present. This paper researched the communication character of high speed 1553B, and proposed two design approaches of interrupt and query for Remote Terminal (RT) software based on the demand of different RTs in the missile. The two approaches were successfully utilized in the RTs of one series missile, and passed various tests. during the development stage, the experimental results demonstrated that the interrupt and query methods met the requirements of the different RTs, which could be used in other missiles.

missile;high-speed-1553B bus;RT;soft design

2015-07-16；

2015-09-11。

賈金艷(1974-)，女，遼寧北票人，高級工程師，主要從事嵌入式軟件設(shè)計方向的研究。

1671-4598(2016)01-0162-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.01.045

TB114.3

A