1553B總線分析及國產(chǎn)化研究

李忠濤 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所

引言

為實(shí)現(xiàn)航電系統(tǒng)過程控制和狀態(tài)管理、各子系統(tǒng)或模塊之間的資源共享、減輕互連介質(zhì)的重量、降低復(fù)雜性，提高信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性；另外，由于航電系統(tǒng)長時(shí)間工作在高空、高溫、高速、強(qiáng)電磁干擾以及高強(qiáng)度振動環(huán)境中，工作環(huán)境比較惡劣，勢必需要一種比較可靠的通信方式。在數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域先后提出了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，常見的有ARINC429總線、MIL-STD-1553B總線等。其中ARINC429總線協(xié)議是點(diǎn)對點(diǎn)的單向傳輸總線，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸是通過屏蔽雙絞線實(shí)現(xiàn)的，它的缺點(diǎn)是速度慢、效率低，不能滿足復(fù)雜的航空電子綜合系統(tǒng)的要求；MIL-STD-1553B總線（以下簡稱“1553B總線”）是一種時(shí)分制指令/響應(yīng)多路傳輸數(shù)據(jù)總線，采用半雙工的通信方式，能把系統(tǒng)通信有效地集成，采用綜合控制和顯示，由于其高可靠性、高速率性和高穩(wěn)定性，在聯(lián)合式航電系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。但是由于基于1553B標(biāo)準(zhǔn)的總線核心技術(shù)長期由歐美公司所壟斷，因此，自主研發(fā)1553B總線的協(xié)議芯片及產(chǎn)品具有重要的戰(zhàn)略意義。國內(nèi)873項(xiàng)目頒發(fā)了國軍標(biāo)289A，它目前是國產(chǎn)作戰(zhàn)飛機(jī)的主流數(shù)據(jù)總線。

1 系統(tǒng)概述

1.1 1553B總線通信系統(tǒng)的組成

總線系統(tǒng)的子系統(tǒng)是通過嵌入式，來和總線進(jìn)行接口，且子系統(tǒng)的數(shù)量有許多個(gè)，各個(gè)子系統(tǒng)可以進(jìn)行獨(dú)立操作，但是每個(gè)子系統(tǒng)的功能和數(shù)據(jù)都可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享?？偩€系統(tǒng)共有三種終端，（BC）總線控制器、（BM）總線監(jiān)視器和（RT）遠(yuǎn)程終端。總線控制器是總線系統(tǒng)中負(fù)責(zé)傳輸信息和管理總線信息傳輸?shù)?，每一條總線只有一個(gè)總線控制器?？偩€監(jiān)視器是負(fù)責(zé)接受和記錄總線所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的，并且還可以選取總線傳輸數(shù)據(jù)作為備份，總線監(jiān)視器不由總線控制器控制，其主要作用是用于監(jiān)視數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析。總線控制器只有向遠(yuǎn)程終端發(fā)出信息指令后，遠(yuǎn)程終端才可以參與到數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)中去。

1.2 1553B總線通信系統(tǒng)特點(diǎn)

1553B的實(shí)時(shí)性較好，其傳輸率比一般的網(wǎng)絡(luò)傳輸還要快。同時(shí)因?yàn)槠涮赜械牟铄e(cuò)控制命令方式，可以使其所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)得以保存完整。1553B的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是廣播式的發(fā)布處理網(wǎng)絡(luò)，有31個(gè)終端，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，只要有一個(gè)終端接收到數(shù)據(jù)，那么其他終端便都可以接收到。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成比較簡單，對于終端的拓展較為方便，且某一個(gè)終端出現(xiàn)問題也不會影響到其他終端的工作?？偩€控制器是通過備份實(shí)現(xiàn)可靠性的提升，一般采用兩套或兩套以上相同、相對獨(dú)立的配置進(jìn)行設(shè)計(jì)。21553B總線的國產(chǎn)化研究1553B總線在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能時(shí)，需要使用具備靈活的接口模式，能夠與各種CPU連接的協(xié)議芯片，其中典型代表是DDC公司的“ACE”系列協(xié)議處理器BU61580和BU65170等最為常用。為更好地保障通信信息安全，擺脫1553B系列芯片市場長期被歐美壟斷的境地，我國于1997年11月發(fā)布了GJB289A-97，該標(biāo)準(zhǔn)已成功應(yīng)用于國內(nèi)各型飛機(jī)研制項(xiàng)目中。目前國內(nèi)一些科研院所和企事業(yè)單位研發(fā)出了多款優(yōu)秀的產(chǎn)品。很多研發(fā)團(tuán)隊(duì)考慮用FPGA實(shí)現(xiàn)協(xié)議功能的方式替代ACE等協(xié)議芯片，這種方法使用方便、靈活而且價(jià)格低廉，但只適合于實(shí)驗(yàn)室使用，不適合作為裝備交付用戶。原因是國內(nèi)的大部分FPGA電磁兼容性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到軍品器件的要求。對此，國家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，終于研制出一種完全用硬件電路實(shí)現(xiàn)的協(xié)議芯片，抗干擾能力達(dá)到軍品H級，與DDC公司同型號產(chǎn)品做背對背測試，各項(xiàng)指標(biāo)完全滿足，可完全代替DDC公司ACE系列芯片的產(chǎn)品；芯片EP-H31580，B61580也是屬于自主研制，在功能和性能上能夠達(dá)到DDC公司的BU61580的水平，并且研發(fā)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低，在實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)中已得到應(yīng)用。當(dāng)前，在航電系統(tǒng)迅猛發(fā)展的強(qiáng)烈需求之下，對1553B總線方面的技術(shù)人才需求日益增多，為培養(yǎng)更多的此類型優(yōu)秀人才，一種基于HKS1553BCRT芯片的多功能仿真平臺應(yīng)運(yùn)而生，此平臺以先進(jìn)的SoC技術(shù)、ARM嵌入式系統(tǒng)和1553B總線技術(shù)為基礎(chǔ)，以普及1553B總線應(yīng)用和SoC架構(gòu)的芯片編程設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，對推廣1553B總線技術(shù)知識以及SoC芯片的一些基本的使用技巧具有很好的工程應(yīng)用價(jià)值。這些成果在一定程度上改變了軍用1553B芯片及相關(guān)產(chǎn)品完全依賴進(jìn)口的局面，隨著國家對電子器件國產(chǎn)化的日益重視，相信不久，國產(chǎn)芯片會占領(lǐng)越來越多的市場，并且所研發(fā)的產(chǎn)品會更具競爭力。

2 結(jié)語

1553B總線通信系統(tǒng)通過分析，可以看出其具有良好的可靠性，通過耦合變壓器、雙冗余結(jié)構(gòu)、曼徹斯特編碼格式、終端操作邏輯和系統(tǒng)監(jiān)測方式等，以及總線傳輸介質(zhì)采用雙絞屏蔽電纜等等，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的容錯(cuò)性，提高了系統(tǒng)的監(jiān)測能力，加強(qiáng)了其信息傳輸能力和對外界干擾的防護(hù)能力，保證了其可靠性。