高速GJB289A總線技術(shù)綜述*

田　澤，王　菁，寇學鋒，田　珍

（1.中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068；2.集成電路與微系統(tǒng)設計航空科技重點實驗室，陜西 西安 710068；3.西安翔騰微電子科技有限公司，陜西 西安 710068；4.中航工業(yè)陜西寶成航空儀表有限責任公司，陜西 寶雞 721006）

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高速GJB289A總線技術(shù)綜述*

田澤1，2，王菁3，寇學鋒4，田珍3

（1.中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068；
2.集成電路與微系統(tǒng)設計航空科技重點實驗室，陜西 西安 710068；3.西安翔騰微電子科技有限公司，陜西 西安 710068；4.中航工業(yè)陜西寶成航空儀表有限責任公司，陜西 寶雞 721006）

GJB289A總線主要應用于設備電子信息領(lǐng)域，具有高可靠性傳輸及使用簡單靈活的特點，已成為中國現(xiàn)役空中力量最主要的先進航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。隨著航空電子系統(tǒng)的發(fā)展，標準的GJB289A總線（1 Mb/s）已無法滿足高速通信發(fā)展需求，需要研制高速GJB289A總線。介紹了GJB289A總線的背景，詳細分析了高速GJB289A總線的技術(shù)特點、拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理及優(yōu)點，進一步說明了GJB289A總線未來的發(fā)展趨勢，為后續(xù)的高速GJB289A總線研究與工程應用奠定基礎。

GJB289A總線；高速；發(fā)展

中文引用格式：田澤，王菁，寇學鋒，等.高速GJB289A總線技術(shù)綜述［J］.電子技術(shù)應用，2016，42（7）：151-153，163.

英文引用格式：Tian Ze，Wang Jing，Kou Xuefeng，et al.The technology review of high-speed GJB289A bus［J］.Application of Electronic Technique，2016，42（7）：151-153，163.

0　概述

MIL-STD-1553B總線（飛行器內(nèi)部時分命令/響應式多路數(shù)據(jù)總線）是由美國自動化工程師協(xié)會在軍方和工業(yè)界的支持下制定的，于1978年正式公布［1］。1987年，我國軍方根據(jù)此標準，推出了與之對應的軍標GJB289A-87，后經(jīng)過系統(tǒng)應用實踐及不斷完善，1997年頒布的GJB289A-97代替了 GJB289A-87，從而使我國航空武器總線標準技術(shù)實現(xiàn)了國產(chǎn)化［2-3］。

GJB289A總線歷經(jīng)多年的發(fā)展，目前已成為一種成熟的機載總線，被廣泛用于飛機綜合航空電子系統(tǒng)、武器外掛與集成系統(tǒng)，并逐步擴展到飛行控制等系統(tǒng)及坦克、艦船、航天等領(lǐng)域［4-5］。當前，新飛機研制及老飛機改造項目中，對數(shù)據(jù)總線的傳輸速率要求越來越高，GJB289A總線傳輸速率僅為1 Mb/s，已經(jīng)無法滿足機載數(shù)據(jù)總線的高吞吐率要求［6］。因此高速GJB289A總線是GJB289A總線的發(fā)展趨勢之一［7］。

1　拓撲結(jié)構(gòu)

一個完整的高速 GJB289A總線系統(tǒng)是由若干個具有高速 GJB289A總線接口的子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)總線組件構(gòu)成。子系統(tǒng)是從數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)服務的設備，數(shù)據(jù)總線組件包含終端、線纜、連接器、耦合器、中止器。終端是具有GJB289A總線接口的電子組件，是數(shù)據(jù)總線與子系統(tǒng)間互連的接口，終端分為總線控制器 BC（Bus Control）、遠程終端 RT（Remote Terminate）和總線監(jiān)控器 BM （Bus Monitor）三種。

總線控制器：總線系統(tǒng)中組織信息傳輸?shù)慕K端，作為“總線仲裁者”對不同子系統(tǒng)間的通信進行統(tǒng)一管理，完成系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳遞和信息的共享。

總線監(jiān)控器：總線系統(tǒng)中接收、記錄總線上傳輸?shù)男畔⒉⒂羞x擇地提取信息的終端，本身不參與數(shù)據(jù)傳輸僅被動接收總線數(shù)據(jù)。

在一個總線系統(tǒng)中，同一時刻有且僅有一個BC控制和管理總線上的 RT，并允許備份總線 BBC（Backup Bus Controller）存在。根據(jù)子系統(tǒng)任務需求安排RT的數(shù)量，其數(shù)量不能超過31個。BM主要職能是記錄、監(jiān)控整個系統(tǒng)信息，為分析總線系統(tǒng)性能和故障定位提供依據(jù)，一般只在地面仿真維護系統(tǒng)中使用。圖1為GJB289A總線系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)。圖中包含BC終端、RT終端、BBC終端和BM終端，所有的終端采用總線型拓撲進行互聯(lián)，所有鏈路均采用雙余度設計。

圖1　GJB289A總線系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

2　系統(tǒng)工作原理

高速 GJB289A總線采用指令/響應的處理機制，在整個總線系統(tǒng)中BC是總線唯一控制者，在BC的控制下RT被動地接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)信息到總線上的其他終端。BC的控制操作碼稱為指令字，指令字中包含RT地址、接收/發(fā)送標志、子地址、數(shù)據(jù)長度，這4個字段指定了總線上的某個終端的那個子地址接收/發(fā)送若干個數(shù)據(jù)到總線上的其他終端?？偩€上的某個終端在接收到指令字時執(zhí)行并響應狀態(tài)字到BC，BC再對狀態(tài)字作出合格性判斷，從而完成總線的一次數(shù)據(jù)傳輸。按照總線系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息交換與共享的原則可以將 1553B總線的數(shù)據(jù)傳輸分為：BC到RT、RT到BC、RT到RT。下面介紹幾種數(shù)據(jù)傳輸格式。

（1）BC到RT

BC到RT指的是總線控制器到遠程終端的數(shù)據(jù)傳輸。首先BC向某個RT發(fā)出一個指令字和規(guī)定長度的數(shù)據(jù)字到總線上，RT在接收到指令字后，解析并執(zhí)行指令字將數(shù)據(jù)信息存儲到指定的存儲單元，然后響應狀態(tài)字到總線上的BC。如圖2所示，BC將指令字和數(shù)據(jù)字連續(xù)發(fā)給RT，RT接收到指令字和數(shù)據(jù)字后響應狀態(tài)字到BC。

圖2　BC到RT傳輸示意圖

（2）RT到BC

RT到BC指的是遠程終端到總線控制器的數(shù)據(jù)傳輸。BC發(fā)出一個指令字到總線上的某個RT，RT接收并解析來自BC的指令字后，將指令字中指定子地址的若干數(shù)據(jù)字發(fā)送到BC，隨后響應狀態(tài)字到 BC，完成傳輸。如圖3所示，BC將指令字發(fā)送給RT，隨后RT響應BC狀態(tài)字，并發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖3　RT到BC傳輸示意圖

（3）RT到RT

RT到RT傳輸指的是兩個遠程終端間的傳輸。首先BC發(fā)送指令字到接收數(shù)據(jù)的RT緊接著BC在發(fā)送一個指令字到發(fā)送數(shù)據(jù)的RT。然后發(fā)送數(shù)據(jù)的RT接收到指令字后，將數(shù)據(jù)字發(fā)送到接收數(shù)據(jù)的RT，并響應狀態(tài)字到BC，接收數(shù)據(jù)的RT，在接收到數(shù)據(jù)之后，響應狀態(tài)字到BC，完成RT到RT傳輸。如圖4所示，總線控制器發(fā)送指令字1到RT1，發(fā)送指令字2到RT2，隨后RT2響應狀態(tài)字到BC，并發(fā)送數(shù)據(jù)字1、數(shù)據(jù)字2等到RT1，最后RT1響應狀態(tài)字1到BC。

美娟的確死了，三天前，凌薇和美娟的老公梁誠偷情被美娟當場捉奸，二人無意殺死了美娟。凌薇親自探過美娟的鼻息，早斷了氣，而且美娟被梁誠分尸，沖進了馬桶。

圖4　RT到RT傳輸示意圖

3　技術(shù)特點及優(yōu)點

高速GJB289A總線是一種集中式的時分串行總線，其主要特點是分布處理、集中控制和實時響應。其可靠性機制包括防錯功能、容錯功能、錯誤的檢測和定位、錯誤的隔離、錯誤的校正、系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)恢復功能。采用雙冗余系統(tǒng)，有兩個傳輸通道，保證了良好的容錯性和故障隔離。其技術(shù)指標與標準GJB289A總線對比如表1所示。

GJB289A總線具有以下特點及優(yōu)點：

（1）實時性好。GJB289A總線的命令/響應的協(xié)議方式保證了實時的可確定性；

（2）合理的差錯控制措施和特有的方式命令。為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，GJB289A采用了合理的差錯控制措施——反饋重傳糾錯方法。當總線控制器BC向某一終端RT發(fā)出一個命令或發(fā)送一個消息時，終端應在給定的響應時間內(nèi)發(fā)回一個狀態(tài)字，如果傳輸?shù)南⒂绣e，終端就拒絕發(fā)回狀態(tài)字，由此報告上次消息傳輸無效。而方式命令不僅使系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)通信控制任務，還能反饋故障情況并完成容錯管理功能；

（3）總線效率高?？偩€形式的拓撲結(jié)構(gòu)對總線效率的要求比較高，為此GJB289A對涉及總線效率指標的某些強制性要求如命令響應時間、消息間隔時間以及每次消息傳輸?shù)淖畲蠛妥钚?shù)據(jù)塊的長度都有嚴格限制；

（4）具有命令/響應以及“廣播”通信方式。BC能夠以“廣播”方式向所有設備發(fā)送一個時間同步消息，這樣總線上的所有消息傳輸都由總線控制器發(fā)出的指令來控制，相關(guān)終端對指令應給予響應并執(zhí)行操作。這種方式非常適合集中控制的分布式處理系統(tǒng)。

4　總線發(fā)展趨勢

未來幾年內(nèi) GJB289A總線將主要朝著兩個方向發(fā)展。一是協(xié)議處理芯片和總線組件的功耗更小，抗惡劣環(huán)境的能力更強，1553B和計算機之間的接口也逐漸標準和統(tǒng)一，目前國內(nèi)已有多家單位的1553B總線產(chǎn)品正朝著這個方向發(fā)展，并已研制出 1553B總線協(xié)議處理器；二是 1553B總線的傳輸速度將不斷提高，從最初的1 Mb/s發(fā)展到2 Mb/s、4 Mb/s和10 Mb/s。

在現(xiàn)代飛機設計中，雖然光纖通道可以提供對視頻信號、傳感器信號的高速連接。但在機電系統(tǒng)中依然存在與低速設備的連接要求，GJB289A總線與高速光纖通道拓撲同時并存、相互綜合。另一方面，總線數(shù)量的增加，也要求相應地增加更多的總線接口以適應增添的功能模塊。美國海軍和有關(guān)研究機構(gòu)通過實驗演示了傳統(tǒng)GJB289A和光纖通道協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，以及傳統(tǒng)的GJB289A遠程終端器件與光纖通道互連方案的系統(tǒng)綜合，證明了GJB289A總線與光纖通道交互操作以及從GJB289A互連升級到光纖通道的系統(tǒng)互連的可行性。FC-AE-1553既具有光纖通道的良好網(wǎng)絡性能，又具有GJB289A的傳統(tǒng)優(yōu)勢，因此有“吉比特的1553”之稱，另外FC-AE-1553也兼顧對傳統(tǒng)GJB289A網(wǎng)絡的橋接。因此FC-AE-1553網(wǎng)絡，對傳統(tǒng)GJB289A網(wǎng)絡能很容易保留與繼承，高速GJB289A數(shù)據(jù)總線在未來還會有進一步發(fā)展空間。

5　總結(jié)

GJB289A總線以其傳輸?shù)母呖煽啃?、使用簡單靈活的特點，被廣泛應用在航空航天等領(lǐng)域。本文在GJB289A總線的發(fā)展背景的基礎上，通過分析高速GJB289A總線的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理以及特點，對高速GJB289A總線絡進行了研究，對后續(xù)高速GJB289A總線協(xié)議研究、芯片研制、應用解決方案以及高速 GJB289A總線的系統(tǒng)設計具有重要的參考價值。

［1］MIL-STD-1553.Protocol Tutorial［S］.Condor Engineering，Inc.2004.

［2］MIL-STD-1553B-1989.飛機內(nèi)部時分制指令/響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線［S］.1989.

［3］GJB 5186.1-2003.數(shù)字式時分制指令/響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線測試方法［S］.2003.

［4］田澤，韓煒，趙強，等.1553B總線接口SoC設計與實現(xiàn)［J］.航空計算技術(shù)，2008（9）：15-21.

［5］王綺卉，田澤，趙彬.基于HKS1553BCRT芯片的1553B總線通信軟件設計［J］.計算機技術(shù)與發(fā)展，2012（8）：39-42.

［6］郭澤仁.1553B總線系統(tǒng)優(yōu)化及可靠性設計［J］.山東理工

表1　高速GJB289A總線主要技術(shù)指標與標準GJB289A總線主要技術(shù)指標比較

大學學報（自然科學版），2008，22（1）：67-70.

［7］李文軍，邰炳昌.飛機 1553B總線的測試系統(tǒng)［J］.飛機設計，2003（2）：51-54.

The technology review of high-speed GJB289A bus

Tian Ze1，2，Wang Jing3，Kou Xuefeng4，Tian Zhen3
（1.AVIC Computing Technique Research Institute，Xi′an 710068，China；2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Integrated Circuit and Micro-System Design，Xi′an 710068，China；3.Xi′an Xiangteng Microelectronics Technology CO.，LTD，Xi′an 710068，China；4.AVIC Shaanxi Baocheng Aviation Instrument CO.，LTD，Baoji 721006，China）

GJB289A data bus is mainly used in military equipment field of electronic information，with high transmission reliability，using simple and flexible characteristics，has become China′s air force in active service the main advanced avionics data bus.With the development of avionics systems，standards of GJB289A bus（1 Mb/s）have been unable to meet the demand of high-speed communication development，the need to develop high-speed GJB289A data bus.

GJB289A data bus；high-speed；development

TN915；V243.1

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2016.07.038

航空多總線接口信號處理 SoC（1311XJ1700）

2016-05-10）

田澤（1965-），男，博士，研究員，主要研究方向：集成電路設計、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

王菁（1985-），女，本科，主要研究方向：集成電路項目管理。

寇學鋒（1973-），男，高級工程師，主要研究方向：導航制導以及顯控系統(tǒng)。

田珍（1991-），女，助理工程師，主要研究方向：嵌入式軟件開發(fā)與驗證。