1553B總線即插即用解決方案*

呂良慶，安軍社

(1. 中國(guó)科學(xué)院 國(guó)家空間科學(xué)中心 復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100190；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

MIL-STD-1553B總線在國(guó)內(nèi)外航天工程領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，適用于低速、高可靠的數(shù)據(jù)傳輸，通常用于系統(tǒng)管理和控制。為此各航天組織也依之制定了各自的1553B通信協(xié)議，例如歐洲空間局(European Space Agency, ESA)的ECSS-E-ST-50-13C[1]和我國(guó)的GJB 289A-97[2],以及為不同通信形式而改造的1553B總線協(xié)議[3-5]。這些通信協(xié)議及其應(yīng)用情況普遍有一個(gè)特點(diǎn)，就是參與通信的遠(yuǎn)程終端(Remote Terminal，RT)和傳輸?shù)南⑹鞘孪冉?jīng)過協(xié)商確定好的，采用固定消息時(shí)序分配的方式通信。這種做法能夠滿足不同項(xiàng)目任務(wù)廣泛的用戶應(yīng)用需求，但是對(duì)于開發(fā)方和系統(tǒng)構(gòu)建過程而言，其協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證工作是比較煩瑣的。

空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)(Consultative Committee for Space Data System,CCSDS)的航天器接口業(yè)務(wù)(Spacecraft Onboard Interface Services，SOIS)[6-9]采用了即插即用的思想，系統(tǒng)架構(gòu)底層可以接入多個(gè)異構(gòu)子網(wǎng)，1553B總線只是其中之一。架構(gòu)上層的應(yīng)用和業(yè)務(wù)過程對(duì)這些子網(wǎng)的訪問是透明的，因此設(shè)備級(jí)的即插即用過程首先要在子網(wǎng)內(nèi)部來(lái)解決。

1 即插即用1553B總線需要的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1553B總線通信涉及總線控制器(Bus Controller, BC)的應(yīng)用部分BCA和服務(wù)部分BCS、RT的服務(wù)部分RTS和應(yīng)用部分RTA共4個(gè)角色，它們之間的通信關(guān)系見圖1。

在ECSS-E-ST-50-13C中歸結(jié)了5項(xiàng)1553B總線服務(wù)，即時(shí)間服務(wù)、通信同步服務(wù)、分發(fā)和獲取-置數(shù)和取數(shù)服務(wù)、數(shù)據(jù)塊傳輸服務(wù)和終端管理服務(wù)，以原語(yǔ)方式說(shuō)明了各項(xiàng)服務(wù)的交換信息和時(shí)序安排。同時(shí)給出了子地址編排、方式碼消息使用建議等。

BCS和RTS的實(shí)體中包括1553B總線協(xié)議芯片作為高級(jí)通信引擎(Advanced Communication Engine，ACE)，典型的如DDC61580系列[10]。ACE實(shí)現(xiàn)了鏈路層協(xié)議，并且配有相應(yīng)的配置寄存器和消息數(shù)據(jù)緩存區(qū)。

1553B總線通信通過編排和運(yùn)行總線表實(shí)現(xiàn)。為適應(yīng)不同消息的傳輸需求和消息時(shí)間間隔(TITV)要求，總線表編排采用消息服務(wù)請(qǐng)求方式，劃分為多個(gè)消息小幀，每個(gè)小幀以查詢服務(wù)請(qǐng)求的矢量字消息開頭，以同步消息(表示為Syn)結(jié)尾，中間為需傳輸?shù)南ⅰＣ總€(gè)小幀周期(TFRM)相等。如果某個(gè)消息不需要傳輸，則該消息不上線，但是時(shí)間仍然占用，以保證TFRM的穩(wěn)定。這樣組織的總線表稱為主總線表，其中TFRM表現(xiàn)為總線周期(TBUS)，即二者在穩(wěn)定運(yùn)行期間是相等的，只在總線表重構(gòu)過程中有所區(qū)別。

在主總線表運(yùn)行期間，BC可通過切換總線表的方式，改變消息序列的運(yùn)行。這種運(yùn)行控制方式稱為插入消息方式，可作如下約定：

1)每次插入的消息只能運(yùn)行一次。

2)插入消息運(yùn)行完畢后，如果有新的插入消息請(qǐng)求，可繼續(xù)插入消息運(yùn)行，如果沒有則返回主總線表斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行。

3)插入消息采用幀結(jié)束(End Of Frame，EOF)處理方式，先停止總線消息運(yùn)行，對(duì)消息幀中的所有消息進(jìn)行一次性處理，切換總線表，再重新啟動(dòng)運(yùn)行。因此插入消息序列中的消息時(shí)間(TMSG)可按照最小時(shí)間設(shè)置，不必留有余量。

上述各種時(shí)間概念和關(guān)系示意見圖2。

圖1 1553B總線通信順序Fig.1 1553B bus communication sequence diagram

圖2 TMSG、TITV、TFRM、TBUS概念示意Fig.2 Concepts of TMSG、TITV、TFRM、TBUS

主總線表加插入消息方式的總線運(yùn)行控制示意見圖3。

圖3 主總線表和插入消息運(yùn)行的轉(zhuǎn)換關(guān)系Fig.3 Switch relationship between main bus list and insert message list

工程項(xiàng)目中的一般做法是BC方還需要與各RT方協(xié)調(diào)，進(jìn)行RT地址和子地址(消息類型)的分配，定義消息長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)格式，確定消息傳輸時(shí)間和時(shí)序，形成項(xiàng)目級(jí)的1553B總線通信協(xié)議和接口控制文件。

2 即插即用1553B總線通信協(xié)議

RT方的設(shè)計(jì)是固定而簡(jiǎn)單的，不能因?yàn)樵黾恿思床寮从玫母拍疃斐蒖T方的設(shè)計(jì)復(fù)雜，而BC方應(yīng)對(duì)RT方設(shè)計(jì)的多樣性和針對(duì)性具有自適應(yīng)能力，這是即插即用系統(tǒng)應(yīng)該具有的特征。但是還是需要RT方至少將其傳輸需求告知BC方，BC才能進(jìn)行通信管控。為此需要增加RT接入時(shí)的握手過程，以傳遞RT的電子數(shù)據(jù)單(Electronic Data Sheets，EDS)，供BC動(dòng)態(tài)構(gòu)建總線表。

2.1 RT子地址的使用約定

為了建立初步的握手關(guān)系，需要對(duì)子地址的分配進(jìn)行一些固定的約定。RT的子地址在ECSS-E-ST-50-13C基礎(chǔ)上約定見表1。

表1中RT可自行配置的子地址允許繼承使用已有的配置，并事先與BC方約定。如果不約定，則BC根據(jù)RT的EDS動(dòng)態(tài)編排總線表，以主動(dòng)適應(yīng)不同RT的不同傳輸需求實(shí)現(xiàn)即插即用的特征。

表1 RT子地址使用約定

矢量字消息用于標(biāo)識(shí)RT方的消息傳輸服務(wù)請(qǐng)求，消息中數(shù)據(jù)字16 bit中的某1位置1表示有某種消息需要傳輸，BCS將據(jù)此安排相應(yīng)消息傳輸。該數(shù)據(jù)字定義如下：

1)D0～D14：RT可個(gè)性化定義對(duì)應(yīng)所需消息。

2)D15：固定用于請(qǐng)求發(fā)送EDS消息。

2.2 RT EDS的設(shè)計(jì)

RT的EDS內(nèi)容分為2層：1553B總線通信層EDS(簡(jiǎn)稱RT EDS)和應(yīng)用EDS。

RT EDS目的是描述RT方所需的傳輸消息、子地址定義以及矢量字服務(wù)請(qǐng)求關(guān)系[11]，見表2。

表2 1553B通信層EDS格式[12]

1)矢量字定義通過矢量字mask和數(shù)據(jù)域建立16 bit請(qǐng)求位與子地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2)T/R子地址mask定義了哪些子地址被使用或未使用。

3)T/R子地址定義規(guī)定了被使用的子地址的消息類型、數(shù)據(jù)字個(gè)數(shù)和消息間隔TITV要求。

4)消息間隔TITV要求：16 bit，單位ms。

? 全1表示65.535 s，全0表示沒有周期要求，屬于根據(jù)條件、請(qǐng)求、需要而傳輸?shù)南ⅰ?/p>

? 劃分時(shí)間(TDIV)的取值用于判定消息是直接安排在主總線表中(TITV

應(yīng)用EDS用于描述系統(tǒng)上層應(yīng)用，是RT對(duì)本設(shè)備的功能、性能、接口、工作方式的EDS描述，傳遞給BCA以供構(gòu)建系統(tǒng)上層的服務(wù)關(guān)系。這部分是遵從可擴(kuò)展標(biāo)識(shí)語(yǔ)言(eXtensive Markup Language, XML)語(yǔ)法語(yǔ)義規(guī)定[13-14]描述的對(duì)象，經(jīng)過翻譯后的解釋數(shù)據(jù)。

EDS傳輸格式采用CCSDS空間包格式[15]。包中的應(yīng)用過程標(biāo)識(shí)符(Application Process IDentifier，APID)指明了內(nèi)容對(duì)應(yīng)到BC或RT端內(nèi)部的不同層次的應(yīng)用過程，內(nèi)容的區(qū)分通過包副導(dǎo)頭定義。

2.3 即插即用的建立過程協(xié)議

RT接入步驟如下：

Step1：以30個(gè)RT矢量字消息組成查詢幀，周期輪詢RT的服務(wù)請(qǐng)求，直到發(fā)現(xiàn)有RT接入(消息不超時(shí))。

Step2：BCS對(duì)查詢幀只進(jìn)行矢量字中EDS請(qǐng)求位的判讀。

Step3：當(dāng)1個(gè)RT接入后，首先向BC提出發(fā)送EDS的服務(wù)請(qǐng)求。

Step4：BCS響應(yīng)RT EDS服務(wù)請(qǐng)求，以插入消息的方式將RT EDS安排傳輸并接收。

Step5：BC根據(jù)RT EDS構(gòu)建總線表。

Step6：總線表建立并啟動(dòng)運(yùn)行后，調(diào)整插入查詢幀運(yùn)行的時(shí)間間隔(TLOP)，并按照TLOP插入查詢幀查詢剩余RT。

Step7：重復(fù)Step 3～6步，實(shí)現(xiàn)RT逐個(gè)加入的過程。

Step8：當(dāng)所有(30個(gè))RT加入總線表運(yùn)行后，不再插入查詢幀。

Step9：每當(dāng)有1個(gè)新的RT接入時(shí)，BC還需要解決新RT通信數(shù)據(jù)的收發(fā)控制，通過BCA和BCS之間的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一服務(wù)機(jī)制來(lái)解決。

Step10：在某個(gè)RT總線通信建立后，如果RT有應(yīng)用EDS需要傳遞，可繼續(xù)通過EDS請(qǐng)求向BC傳輸。

RT撤出步驟如下：

Step1：當(dāng)某個(gè)RT連續(xù)1 min出現(xiàn)超時(shí)響應(yīng)，且通過切換總線不能恢復(fù)通信(再加1 min)，則可判定此RT下線。

Step2：判定RT下線后，BC對(duì)總線表進(jìn)行重構(gòu)，刪除下線RT的所有消息，在查詢幀中增加對(duì)下線RT的矢量字消息，并調(diào)整TLOP。

Step3：該RT退出引發(fā)的應(yīng)用功能上的影響和反應(yīng)由BCA進(jìn)行處理和系統(tǒng)重構(gòu)。

3 即插即用1553B總線通信設(shè)計(jì)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

總線管理設(shè)計(jì)需要的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是為了在BCA、BCS、ACE之間建立起統(tǒng)一的控制服務(wù)和數(shù)據(jù)傳遞服務(wù)。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按照位置分為ACE內(nèi)存和CPU內(nèi)存兩部分。ACE內(nèi)存部分主要包括總線表(BUS LIST)和相關(guān)的配置寄存器[3]，是ACE定義好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只能按照芯片使用手冊(cè)的要求進(jìn)行配置和設(shè)計(jì)。

CPU部分又分為兩部分：

一部分處于BCS與ACE之間，主要包括消息表(MSGTAB)、消息號(hào)表(MSGNUMTAB)、消息塊表(MSGBLKTAB)。

MSGTAB通過消息號(hào)對(duì)主總線表和插入消息表中所有消息建立索引，目的是把消息內(nèi)容的分析過程提前到初始化時(shí)進(jìn)行，在運(yùn)行過程中只對(duì)該表進(jìn)行查詢，就能獲得諸如消息類型、數(shù)據(jù)區(qū)地址等信息，避免對(duì)總線運(yùn)行產(chǎn)生干擾。消息類型還可以起到與應(yīng)用建立聯(lián)系的作用。

MSGNUMTAB是針對(duì)主總線表中的每個(gè)小幀建立的消息號(hào)索引，目的是供BCS查詢?cè)摫?，以確定某個(gè)小幀中是否有需要的消息存在，實(shí)現(xiàn)主總線表中消息的上線和下線操作。

MSGBLKTAB建立了消息塊的地址索引，目的是供切換冗余總線使用，而不干擾總線運(yùn)行。

另一部分處于BCS與BCA之間，主要包括插入消息請(qǐng)求表(INSMSGFLAG)、數(shù)據(jù)區(qū)及其控制標(biāo)志。為適應(yīng)即插即用的隨機(jī)性，數(shù)據(jù)區(qū)及其標(biāo)志可采用請(qǐng)求隊(duì)列加緩存的統(tǒng)一方式組織。

3.2 BC總線管理設(shè)計(jì)

總線管理設(shè)計(jì)分為總線初始化、總線控制和總線應(yīng)用。

總線初始化包括總線表構(gòu)建和對(duì)ACE總線表、寄存器的設(shè)置，以及根據(jù)總線表分析生成上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在即插即用背景下，隨著RT的增減，總線表會(huì)動(dòng)態(tài)構(gòu)建，每次都要重復(fù)上述過程。

總線運(yùn)行控制方式包括對(duì)主總線表和插入消息表操作兩種方式。主總線表的運(yùn)行控制采用消息結(jié)束(End Of Message，EOM)處理(包括中斷和查詢)，安排消息上線和消息下線。插入消息表運(yùn)行控制采用EOF處理，并進(jìn)行總線表切換。

總線應(yīng)用是指BCA與BCS之間在取數(shù)和置數(shù)以及控制方面的交互問題。

BC管理的基礎(chǔ)功能模塊共有13個(gè)，見表3。

表3 1553B基礎(chǔ)功能模塊

3.3 總線表的構(gòu)建算法

3.3.1 總線表構(gòu)建的前提約定

總線表的構(gòu)建算法就是根據(jù)RT EDS生成新的總線表。即插即用的總線通信使用的主總線表可以只有固定的30個(gè)RT矢量字消息加1條同步消息，而所有其他有效消息均采用插入消息的方式。這種方式能保證所有RT的所有消息得到傳輸，但消息的周期性難以保證。因此有必要采用主總線表加插入消息的方式來(lái)平衡這一問題，而主總線表的構(gòu)建算法就成為主要內(nèi)容。為保證構(gòu)建的總線表時(shí)間特性，需要對(duì)各種消息TMSG進(jìn)行約定，約定的原則如下：

1)1553B總線碼速率為1 Mbit/s，1個(gè)數(shù)據(jù)字在總線傳輸時(shí)為20 bit(3 bit同步+16 bit數(shù)據(jù)+1 bit校驗(yàn))，1 bit傳輸需1 μs，加上狀態(tài)字響應(yīng)時(shí)間4～12 μs[16]，因此最大32字的消息可以計(jì)算為：指令字20 μs +數(shù)據(jù)字(32×20 μs)+響應(yīng)時(shí)間(4～12 μs)+狀態(tài)字20 μs +間隙(>4 μs)。為方便使用，32字消息的最小TMSG取值800 μs。

2)同樣的消息在主總線表中和插入消息表中的TMSG是不同的，主要是因?yàn)橹骺偩€表中的消息采用EOM方式處理，需要為BCS的響應(yīng)和處理留出時(shí)間余量，而插入消息表采用EOF方式處理，處理時(shí)總線表處于停止?fàn)顟B(tài)，因此消息TMSG可以不留余量。

根據(jù)這2條原則，對(duì)各種消息TMSG作如下約定：

1)RT矢量字消息在主總線表中每條3 ms，在查詢幀中100 μs。

2)同步消息100 μs。

3)主總線表中的TMSG：帶1個(gè)數(shù)據(jù)字的消息為1380 μs，每增加1個(gè)數(shù)據(jù)字，時(shí)間增加20 μs，32個(gè)數(shù)據(jù)字的消息為2 ms。

4)插入消息表中的TMSG：帶1個(gè)數(shù)據(jù)字的消息為180 μs，每增加1個(gè)數(shù)據(jù)字，時(shí)間增加20 μs，32個(gè)數(shù)據(jù)字的消息為800 μs。

3.3.2 初始主總線表的建立

收到第1個(gè)RT EDS后，主總線表的構(gòu)建步驟如下：

Step1：找出RT EDS中期望的非0、小于TDIV的最大TITV，作為初始TBUS。

Step2：主總線表先安排1條RT矢量字消息+1條同步消息。

Step3：將RT EDS中的消息按順序排列在主總線表RT矢量字和同步消息之間。

Step4：RT EDS中TITV為0或超長(zhǎng)(≥TDIV)的消息按照插入消息安排，不編入主總線表中。

Step5：全部安排完畢后，累加主總線表所有消息時(shí)間TMSG作為TFRM，若TFRM≥初始TBUS，則設(shè)置完成，并以TFRM為TBUS；若TFRM<初始TBUS，則將同步消息前的最后1條消息的TMSG加長(zhǎng)，使TFRM=初始TBUS。

Step6：將生成的總線表作為1個(gè)小幀，復(fù)制為8個(gè)。

3.3.3 第n個(gè)RT加入主總線表

收到第n個(gè)RT的RT EDS后操作步驟：

Step1：記錄當(dāng)前TFRM，將8個(gè)小幀中同步消息前最后1條消息的TMSG恢復(fù)缺省值。

Step2：在當(dāng)前8個(gè)小幀中加入該RT矢量字消息，TFRM加上3 ms。

Step3：根據(jù)該RT EDS將其RT消息加入8個(gè)小幀。加入消息時(shí)需要考慮TITV和位置問題。

1)加入的消息TITV是當(dāng)前TFRM的n倍。

?n<2：將其加入8個(gè)小幀，每個(gè)小幀1個(gè)。

? 2≤n<3：將其加入4個(gè)小幀，從TFRM最短的小幀開始，每間隔1個(gè)小幀1個(gè)。

? 3≤n<5：將其加入2個(gè)小幀，從TFRM最短的小幀開始，每間隔3個(gè)小幀1個(gè)。

? 5≤n≤8：將其加入1個(gè)TFRM最短的小幀。

?n>8，但TITV

? 消息TITV≥TDIV：將其作為插入消息，不編入主總線表。

2)加入時(shí)的位置按照同類消息放在一起，同類消息按RT加入順序排列。如果是新類型消息，則加在所有已有消息之后、同步消息之前。

3)1條消息加入完畢后，將該消息的TMSG加入TFRM，作為新的TFRM。

Step4：繼續(xù)加入該RT的下一條消息，重復(fù)Step 3，直到RT EDS要求的所有消息加入完畢。

Step5：該RT的所有消息加入完畢后，檢查在Step 3中暫時(shí)作為插入消息的TITV與剛生成的TFRM的倍數(shù)關(guān)系n，如果n≤8，則將該消息從插入消息表中刪除，按照Step 3將其加入主總線表小幀中。

Step6：求出所有小幀的新TFRM，取其中最大的TFRM。若RT EDS中的消息最大TITV>最大TFRM，加長(zhǎng)該小幀中同步消息前的最后1條消息的TMSG，使TFRM=該RT消息的最大TITV。

Step7：若該RT EDS中的消息最大TITV≤最大TFRM，將其余小幀的TFRM均調(diào)整為與最大TFRM相同(即所有TFRM相等)，方法同上。

Step8：若新TFRM<調(diào)整前的TFRM，則將每個(gè)小幀的TFRM繼續(xù)加長(zhǎng)到調(diào)整前TFRM。

3.3.4 有RT撤出

在運(yùn)行過程中，有RT撤出時(shí)操作步驟：

Step1：將撤出RT的消息從總線表中刪除。

Step2：刪除后，重新計(jì)算各TFRM，取其大者作為TBUS。

Step3：在剩余所有的RT EDS中找到消息最大TITV，若消息最大TITV≤新TBUS，則調(diào)整完成，否則所有TFRM均延長(zhǎng)(方法同上)，作為新的TBUS。

Step4：查詢幀增加RT矢量字消息。

Step5：調(diào)整TLOP，并按照TLOP插入查詢幀。

Step6：RT的撤出次序與RT號(hào)的大小無(wú)關(guān)。

3.4 總線表構(gòu)建適應(yīng)性評(píng)估

總線表構(gòu)建效果評(píng)估包括時(shí)間效果和適用場(chǎng)景兩方面。

3.4.1 時(shí)間效果的評(píng)估

查詢握手協(xié)議過程的時(shí)間主要是指TFRM對(duì)TLOP的影響，以及查詢幀的消息時(shí)間。影響這一關(guān)系的主要有2個(gè)值，即TDIV和TLOP。TDIV的取值由主總線表中8個(gè)小幀周期之和最大值確定。TLOP需要考察主總線表和插入消息之間的時(shí)間關(guān)系。為分析確定這2個(gè)取值，作如下約定：

1)主總線表最大512條消息；

2)主總線表平均分為8個(gè)小幀，每個(gè)小幀中最多64條消息；

3)單消息按照32字來(lái)計(jì)算。

以小幀為單位，根據(jù)上述前提進(jìn)行時(shí)間效果分析，計(jì)算公式如下：

TBUS=TFRM=矢量字消息數(shù)×3+消息數(shù)×2+0.1

在穩(wěn)定運(yùn)行期間，沒有插入消息，小幀滿64條消息(矢量字消息數(shù)最多30個(gè)，消息數(shù)為33個(gè))時(shí)，TFRM最大，達(dá)到30×3+33×2+0.1=156.1 ms，8個(gè)小幀時(shí)間為156.1×8=1248.8 ms。因此TDIV取值1.25 s比較合適。

由于TFRM的計(jì)算公式是線性的，因此其最大值隨著RT個(gè)數(shù)的增加而線性增加。實(shí)際運(yùn)行情況比這復(fù)雜，但都包絡(luò)在最大值范圍內(nèi)，因此TFRM效果是可以接受的。

TLOP與插入查詢幀有關(guān)，還需要考慮插入消息時(shí)間的影響。此時(shí)至少有1條是插入矢量字消息，因此時(shí)間最長(zhǎng)的插入消息時(shí)間是其余511條消息的總和。按每條消息800 μs計(jì)算，511條消息時(shí)間總和為408.8 ms。在主總線表和插入消息全部運(yùn)行的情況下，TFRM最大為29×3+34×2+0.1=155.1 ms，最大總線周期TBUS=155.1+408.8=563.9 ms。在主總線表只有1個(gè)RT矢量字且沒有查詢到消息請(qǐng)求時(shí)，TBUS最小為3.1 ms。因此插入消息的運(yùn)行方式加上BCS干預(yù)和處理的時(shí)間開銷會(huì)導(dǎo)致TBUS產(chǎn)生波動(dòng)。

綜上，在具體程序設(shè)計(jì)時(shí)，有兩種方法確定TLOP取值：一是TLOP=TFRM×n。n太小會(huì)因?yàn)橹骺偩€頻繁插入查詢幀和插入消息對(duì)TBUS的穩(wěn)定不利，太大又會(huì)影響對(duì)RT接入的時(shí)間延遲效果。二是為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)而取固定值。兩種方法可以結(jié)合使用，即根據(jù)不同條件(如總線流量的平均統(tǒng)計(jì)情況對(duì)TFRM的影響)在每次總線表重構(gòu)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整n值，而以5 s作為最大值保底。

BC總線表重構(gòu)過程是在CPU內(nèi)存中進(jìn)行的，不影響ACE中總線表的運(yùn)行。由于RT個(gè)數(shù)不同，消息需求不同，重構(gòu)過程所需要的時(shí)間是不確定的，與BC方CPU處理能力有關(guān)。

總線表重構(gòu)后加載到ACE中的過程時(shí)間一般為毫秒級(jí)。

由此可知，即插即用的RT識(shí)別周期和加載時(shí)間在條件確定時(shí)不會(huì)有大的差別，而總線表重構(gòu)時(shí)間是影響RT識(shí)別時(shí)間長(zhǎng)度的主要因素，在CPU處理能力確定的情況下，主要看重構(gòu)算法的優(yōu)化。

3.4.2 適用場(chǎng)景評(píng)估

主總線表重構(gòu)面臨的適用場(chǎng)景有兩種：

1)BC第一個(gè)加電運(yùn)行，然后從無(wú)到有，所有RT一一接入的過程。這種情況與地面測(cè)試、在軌飛行過程中的設(shè)備正常加電的過程一致，也是本協(xié)議的出發(fā)點(diǎn)。

2)有RT先加電運(yùn)行，當(dāng)BC加電運(yùn)行時(shí)，一次可以查詢到多個(gè)RT同時(shí)接入。這種情況與系統(tǒng)復(fù)位(掉電)后，所有設(shè)備又同時(shí)上電工作的情況一致。

第2種情況下，BC處理與第1種情況在本質(zhì)上相同，只是在構(gòu)造完1個(gè)RT的總線表后，不是直接運(yùn)行，而是看是否還有第2個(gè)RT接入，即多RT接入過程一次性完成。為此總線表構(gòu)建過程將重復(fù)多次，看似冗余，但可以適應(yīng)任意RT數(shù)量和順序的接入。

4 即插即用1553B的系統(tǒng)層次架構(gòu)

SOIS架構(gòu)中，通過設(shè)備發(fā)現(xiàn)服務(wù)(Device Discovery Service，DDS[17])、設(shè)備枚舉服務(wù)(Device Enumeration Service，DES[18])、設(shè)備虛擬服務(wù)(Device Virtualization Service，DVS[19])和設(shè)備訪問服務(wù)(Device Access Service，DAS[20])可以構(gòu)建上層系統(tǒng)的設(shè)備即插即用，本文設(shè)計(jì)的1553B總線管理基礎(chǔ)功能模塊對(duì)它們的支持和銜接關(guān)系見圖4[21]。

圖4中上3層屬于SOIS的相關(guān)業(yè)務(wù)架構(gòu)。在收到RT EDS后，從CONSTRUCTBUS開始進(jìn)行總線表構(gòu)建，向下初始化總線INITBC，向上將RT EDS內(nèi)容(設(shè)備虛擬訪問信息和應(yīng)用EDS)報(bào)告給DDS。DDS依之建立上層邏輯地址與下層物理地址之間的映射關(guān)系，將應(yīng)用EDS上傳給DES，納入系統(tǒng)的管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)(Management Information Base，MIB)中，提供給應(yīng)用層使用。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，DVS根據(jù)應(yīng)用層的使用要求和虛擬設(shè)備地址，與DES提供的物理地址進(jìn)行匹配，然后交由DAS執(zhí)行對(duì)設(shè)備的訪問。

DAS訪問設(shè)備時(shí)可以使用存儲(chǔ)訪問服務(wù)(Memory Access Service，MAS[22])和包服務(wù)(Package Service，PS[23])兩種方式。這兩種服務(wù)都需要DDS提供下層1553B總線的具體訪問方式(地址和數(shù)據(jù))，使用取數(shù)(READDATA和READBC)和置數(shù)(WRITEDATA和WRITEBC)服務(wù)實(shí)現(xiàn)與BCS之間的數(shù)據(jù)傳遞。

DAS通過SETINSFLAG和ARRANGEMSG向BCS提出消息請(qǐng)求。BCS使用ARRANGEMSG服務(wù)和SKIPMSG服務(wù)安排主總線表消息上線和下線，使用插入消息INSMSG服務(wù)切換總線表，使用STOPBC和RUNBC服務(wù)來(lái)停止和啟動(dòng)總線的運(yùn)行。

圖4的系統(tǒng)架構(gòu)只有1553B總線一個(gè)子網(wǎng)。如果還有其他子網(wǎng)，則系統(tǒng)需增加匯聚層協(xié)議，而圖4中BCS的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收緩沖區(qū)，READDATA、WRITEDATA和SETINSFLAG服務(wù)都將劃歸匯聚層協(xié)議。

5 結(jié)論

本文的1553B總線即插即用解決方案試圖從由傳統(tǒng)的接入設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)化接口適應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，轉(zhuǎn)變?yōu)橛上到y(tǒng)對(duì)異構(gòu)和未知設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和配置，并構(gòu)建形成新的能力的思路。因此本方案在兼容已有的1553B總線通信協(xié)議(主要是ECSS-E-ST-50-13C)基礎(chǔ)上，只增加了初始握手部分的協(xié)議內(nèi)容，后續(xù)的正常通信過程和內(nèi)容交由通信雙方通過EDS交流的方式，建立起適應(yīng)性的通信關(guān)系。從效果評(píng)估看，時(shí)間特性可接受，能夠適應(yīng)實(shí)際使用場(chǎng)景，而且即插即用對(duì)RT方編程的改變僅在于要求其能夠一次性編輯形成自身的EDS，并按照握手協(xié)議將EDS傳遞給BC，其余可保持原有設(shè)計(jì)不變。

圖4 1553B總線BC與SOIS的服務(wù)銜接層次關(guān)系[21]Fig.4 Services of 1553B bus controller in SOIS architecture[21]