基于51單片機的1553總線在數(shù)據(jù)交換設(shè)備中的應(yīng)用

洪小駿 施雯 朱劍輝 鄭璧青 楊津浦

摘要：在航天電子系統(tǒng)中，MIL-STD-1553總線憑借其穩(wěn)定的通信質(zhì)量與較高的可靠性，使其成為航天領(lǐng)域中關(guān)鍵的通信設(shè)備，考慮到航天電子系統(tǒng)如果只采用一套1553總線，只能對31個遠(yuǎn)程終端節(jié)點與單獨的總線控制端進(jìn)行控制，這難以滿足航天電子系統(tǒng)的控制需求，因此需要接入更多的1553總線設(shè)備。為此，本文便對基于51單片機的1553總線在數(shù)據(jù)交換設(shè)備中的具體應(yīng)用進(jìn)行研究，在數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)中利用兩套1553總線來接入網(wǎng)絡(luò)，并通過51單片機來實現(xiàn)并網(wǎng)控制，以此提高數(shù)據(jù)交換設(shè)備的交換能力。

關(guān)鍵詞：51單片機；1553總線；數(shù)據(jù)交換；設(shè)備應(yīng)用

引言

隨著我國國力的不斷增強，我國大力發(fā)展航空航天事業(yè)，這也使MIL-STL-1553總線在航空航天領(lǐng)域發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用，將1553總線應(yīng)用于航天電子系統(tǒng)中，可大幅提高航天電子系統(tǒng)的可靠性，確保系統(tǒng)通信質(zhì)量的穩(wěn)定，同時也便于系統(tǒng)的后續(xù)維護。在航天電子系統(tǒng)中，1553總線在接入設(shè)備終端時，設(shè)備終端主要包括三種，分別是RT終端、BC終端以及BM終端，其中，1553總線的控制可利用BC終端來實現(xiàn)，其能夠?qū)?553總線內(nèi)的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行科學(xué)調(diào)度，單套1553總線能夠控制多達(dá)31個RT終端與1個BC終端，從而組建出一個具有主從式結(jié)構(gòu)的總線網(wǎng)絡(luò)。不過，由于航天電子系統(tǒng)的組網(wǎng)要求日益提高，航天電子系統(tǒng)在設(shè)備擴展、系統(tǒng)對接等方面急需對1553總線進(jìn)行級聯(lián)擴充，以此確保多套1553總線能夠在并網(wǎng)后進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)交換。鑒于此，以下便對基于51單片機的1553總線在數(shù)據(jù)交換設(shè)備中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、數(shù)據(jù)交換設(shè)備中51單片機與1553總線的應(yīng)用方案分析

（一）設(shè)備結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)交換設(shè)備中，其主要包括數(shù)據(jù)交換軟件與數(shù)據(jù)交換板兩個部分，其中，數(shù)據(jù)交換板中配置有兩個1553總線接口，接口采用RT模式，每個接口都能夠通過1553總線來接入網(wǎng)絡(luò)，而BC終端則與數(shù)據(jù)交換設(shè)備中的RT終端進(jìn)行連接，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)交換設(shè)備會根據(jù)傳輸協(xié)議，利用軟件將數(shù)據(jù)發(fā)送至其他RT終端，由其他RT終端接入網(wǎng)絡(luò)來讀取BC終端，進(jìn)而使不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)得到有效交換。

（二）芯片類型

現(xiàn)階段，數(shù)據(jù)交換設(shè)備主要采用ACE系列的1553總線接口，接口芯片有許多型號，如BU-65170、BU-61585、BU-61580等，其中前者可使RT功能得以實現(xiàn)，而后兩者則可實現(xiàn)MT、BC與RT功能。相比于BU-61580來說，BU-61585要具備更大的存儲容量，不過其價格卻相對較高?？紤]到設(shè)備的成本及其通用性，在數(shù)據(jù)交換設(shè)備設(shè)計中，主要是將BU-61580作為1553總線接口的芯片。

二、基于51單片機的1553總線的數(shù)據(jù)交換設(shè)備研究

（一）硬件設(shè)計

在基于51單片機的1553總線的數(shù)據(jù)交換設(shè)備中，其硬件結(jié)構(gòu)便是由兩套1553總線接口與51單片機所組成的。其中，51單片機的型號為AT89C51型，該單片機具有12MHz的工作主頻，并內(nèi)置有FLASH，同時還外置了8k Bytes RAM存儲器，這使得單片機能夠?qū)\行過程中的各種變量利用存儲程序來進(jìn)行存儲。在單片機中設(shè)置有P0口與P2口，其分別可用來連接數(shù)據(jù)線與地址線，并通過對外設(shè)地址空間進(jìn)行劃分來完成數(shù)據(jù)交換。在對數(shù)據(jù)交換設(shè)備的總線接口電路進(jìn)行設(shè)計時，主要是通過DMA模式、緩沖模式以及透明模式來進(jìn)行接口，其電路形式中，以緩沖模式具備最為簡單的電路結(jié)構(gòu)，這使其能夠在處理器中進(jìn)行廣泛應(yīng)用。緩沖模式則采用8位接口來連接51單片機與1553總線電路。在總線接口電路中，其主要是對ACE的狀態(tài)信號進(jìn)行以下設(shè)置：其一，通過DMA模式與緩沖模式來對接地信號進(jìn)行選擇，采用緩沖模式來進(jìn)行ACE設(shè)置；其二，通過8位傳送與16位傳送模式來對接地信號進(jìn)行選擇，對ACE進(jìn)行8位傳送模式設(shè)置；其三，通過最低與最高有效字節(jié)來對信號進(jìn)行選擇，使其能夠與51單片機中的A0接口進(jìn)行連接，單片機利用最低位地址線來訪問ACE中的高8位與低8位RAM數(shù)據(jù)；其四，POLARITY_SEL信號接地，根據(jù)ACE中的邏輯值，如果其邏輯值為0，則對LSB數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，如果邏輯值為1，則對MSB數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

（二）軟件設(shè)計

在數(shù)據(jù)交換設(shè)備中，其軟件功能主要體現(xiàn)在能夠?qū)偩€數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移，并初始化1553總線接口芯片。在對數(shù)據(jù)交換設(shè)備的軟件開發(fā)中，應(yīng)以模塊化與通用化為設(shè)計思路，采用相同的邏輯來處理各個1553總線的接口電路。在各個1553總線的接口芯片內(nèi)，可按照上半?yún)^(qū)與下半劃來劃分內(nèi)部存儲器。在內(nèi)部存儲器的上半?yún)^(qū)中，可將其稱之為發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)，該區(qū)域能夠接收BC終端數(shù)據(jù)，而在內(nèi)部存儲器的下半?yún)^(qū)中，可將其稱之為接收數(shù)據(jù)區(qū)，該區(qū)域可對BC終端數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。通過對這兩個半?yún)^(qū)進(jìn)行若干緩存區(qū)的劃分，可使BC終端的信息及軟件存儲于首個緩存區(qū)中，以此分析是否需要存儲或接收新數(shù)據(jù)，而其他數(shù)據(jù)則被存儲于其他剩余緩存區(qū)之中。在數(shù)據(jù)交換設(shè)備中，其軟件可對總線接口芯片進(jìn)行查詢，并實現(xiàn)對總線接口芯片的初始化，然后對總線接口芯片進(jìn)行循環(huán)訪問。要想確保數(shù)據(jù)在交換設(shè)備中得到可靠交換，在對數(shù)據(jù)交換設(shè)備的軟件進(jìn)行開發(fā)時，應(yīng)對握手信息的有效性及安全性進(jìn)行分析，考慮到BC終端和軟件在對握手信息進(jìn)行訪問時可能會出現(xiàn)同步可能，進(jìn)而導(dǎo)致讀取和寫入握手信息時發(fā)生錯誤，因此需要通過以下措施來進(jìn)行可靠性設(shè)計：首先，應(yīng)通過16位的CRC校驗碼來對握手信息實施校驗，如果校驗正確，則使用該握手信息，如果校驗錯誤，則丟棄該握手信息。最后，設(shè)置訪問握手信息的具體權(quán)限，不同信息的寫入方只能有一個。

結(jié)語

本文通過對基于51單片機的1553總線在數(shù)據(jù)交換設(shè)備開發(fā)方案進(jìn)行分析，從而明確了51單片機和1553總線在數(shù)據(jù)交換設(shè)備中的相關(guān)應(yīng)用。將51單片機和兩套1553總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)合應(yīng)用于數(shù)據(jù)交換設(shè)備中，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)在不同1553總線網(wǎng)絡(luò)中的有效交換，從而提高數(shù)據(jù)交換設(shè)備的交換能力，有效滿足了航天電子系統(tǒng)的功能與性能要求，為航天領(lǐng)域的發(fā)展提供了一種較為可靠的總線級聯(lián)擴充設(shè)計方案。

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第一作者簡介：洪小駿（1979.9）男，漢族，江蘇如東人，南京航空航天大學(xué)本科，上海航天計算機技術(shù)研究所，工程師，研究方向：軟件。

（作者單位：上海航天計算機技術(shù)研究所）