謝　沖　王奇鋒　黨春勃

摘 要：多路傳輸總線通信接口(MBI)是航空電子系統(tǒng)的通信基石,航空電子系統(tǒng)的任一分系統(tǒng)都要通過MBI才能進(jìn)入1553B通信系統(tǒng)中。在MBI中,最關(guān)鍵的器件是1553B協(xié)議芯片。概述了先進(jìn)1553B協(xié)議芯片BU-61586的組成和功能,以及采用該芯片設(shè)計的與型號任務(wù)使用的UT-MBI兼容的新MBI設(shè)計方案。該方案解決了國內(nèi)對國外重要元器件的單一依賴現(xiàn)狀,目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：1553B總線;多路傳輸總線接口;總線控制器;遠(yuǎn)程終端;總線監(jiān)控器

中圖分類號：TN929文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-373X(2009)05-057-03

ACE-MBI Design Meet to Avionics Communication System Requirement

XIE Chong1,WANG Qifeng2,DANG Chunbo3

(1.PLA Military Representative Office in 631 Institute,Xi′an,710068,China;2.Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi′an,710068,China;

3.PLA Military Representative Office in Xi′an Aircraft Industry Company,Xi′an,710089,China)

Abstract：Multi-channel Transmission Bus Communication Interface (MBI) is the foundation of avionics system.Any subsystem of avionics system entered 1553B communication system must by MBI the most critical device of MBI is 1553 B protocol chip.In this paper,the composition and functions of the advanced 1553B protocol chip BU-61586 and the new MBI design plan with this chip which compatible with the UT-MBI used in the models task are introduced.This solution has changed the situation that rely on foreign components too much.It has been extensively used recently.

Keywords：1553B bus;multiplex transmission bus interface;bus controller;remote terminal;bus monitor

0 引 言

航空電子系統(tǒng)是航空電子物理設(shè)備通過1553B雙余度總線綜合成一個分布式通信系統(tǒng)?，F(xiàn)代航空電子系統(tǒng)中,各個獨立的航空電子分系統(tǒng)都是由計算機(jī)來完成數(shù)據(jù)的采集、計算、處理和通信的?？偩€通信是各分系統(tǒng)之間交換信息、協(xié)調(diào)一致、實現(xiàn)容錯的基礎(chǔ),每一分系統(tǒng)都必須具有1553B多路傳輸總線通信接口(MBI)才能完成分布式通信任務(wù),可見MBI在航空電子系統(tǒng)中的重要作用。為保證任務(wù)需求,擴(kuò)大芯片來源,在國內(nèi)尚不具備1553B協(xié)議芯片生產(chǎn)能力的情況下,為保證MBI的生產(chǎn),及時提供給各分系統(tǒng),最有效的途徑之一就是采用多種1553B協(xié)議芯片,設(shè)計出與UT-MBI具有兼容性的MBI模塊。美國DDC公司上世紀(jì)90年代推出了ACE(Advance Communication Engine)系列總線通信接口芯片BU-65170，BU-61580，BU-61590和BU-65620等,其中BU-61586芯片從供貨渠道、芯片質(zhì)量上有所保證,可以作為新MBI(ACE-MBI)設(shè)計采用的芯片。

1 高集成度ACE芯片BU-61586

1.1 功能概述

BU-61586具有BC/RT/MT三種功能,具有靈活的處理器/存儲器接口,12 KB內(nèi)部RAM,可擴(kuò)展訪問64K×16 b的外部RAM,內(nèi)部集成了雙通道收發(fā)器。通過軟件編程可任意選擇BC,RT或MT功能。除了能完全實現(xiàn)MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的消息傳輸外,還具有較強的消息管理功能。在BC方式下,具有自動重試、可編程的消息間隔、消息幀自動重復(fù)執(zhí)行和可編程的響應(yīng)超時時間。在RT方式下,具有可編程設(shè)置命令非法,具有單緩沖、雙緩沖和循環(huán)緩沖三種緩沖方式下,可編程設(shè)置命令非法,可對不同的子地址設(shè)置忙位。在MT方式下,可監(jiān)視字,消息和RT。

1.2 ACE芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ACE作為主機(jī)和1553B總線之間的接口芯片,提供了處理器的接口和與1553B總線的接口。該芯片作為高級的通信接口芯片,具有雙通道收發(fā)器協(xié)議處理部件、存儲器管理部件、處理器接口邏輯、12 KB的可選存儲部件等。ACE與雙余度1553B總線連接時非常簡單,采用變壓器耦合方式時只須直接與變壓器相接即可與1553B接口,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 與UT-MBI兼容的ACE-MBI設(shè)計

2.1 ACE-MBI硬件設(shè)計

按照航電系統(tǒng)五層通信協(xié)議(即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層、驅(qū)動層、應(yīng)用層)規(guī)定和設(shè)計要求,ACE-MBI對UT-MBI在驅(qū)動層和應(yīng)用層上具有兼容性,而物理層和數(shù)據(jù)鏈路層由1553B協(xié)議芯片硬件實現(xiàn),因此ACE-MBI與UT-MBI的主要區(qū)別在傳輸層。

ACE-MBI和UT-MBI具有基本相同的結(jié)構(gòu)框圖,其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

MBI硬件按其功能特性可劃分為三部分：前端區(qū)、可編程控制器、后端區(qū)。

2.2 前端區(qū)

前端區(qū)是MBI與1553B總線介質(zhì)的接口區(qū),由1553B協(xié)議處理器和隔離變壓器組成,主要完成數(shù)據(jù)的串/并、并/串格式轉(zhuǎn)換及發(fā)送和接收工作,同時對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行最基本的錯誤檢測和處理。

2.3 后端區(qū)

后端區(qū)為MBI與主機(jī)之間的接口區(qū)。其主體為8 KB的雙口存儲器(左口)和I/O口,它是MBI傳輸軟件與主機(jī)應(yīng)用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和MBI中斷處理的媒介體。雙口存儲器空間按用途可分為數(shù)據(jù)區(qū)和控制區(qū)。

后端區(qū)由數(shù)據(jù)和地址緩沖器、GAL芯片和FPGA實現(xiàn),包括以下三部分：

(1) 雙口存儲器地址譯碼電路；

(2) 中斷生成電路；

(3) I/O訪問、軟復(fù)位產(chǎn)生電路。

ACE-MBI與UT-MBI在后端區(qū)設(shè)計相同。

2.4 可編程控制器

可編程控制器包括以下組件：

(1) 微處理器；

(2) 8 KB RAM,8 KB EPROM；

(3) 可編程時鐘(RTC,DT)；

(4) 雙口存儲器(右口)；

(5) RS 232接口。

可編程控制器主要承擔(dān)傳輸層任務(wù),是傳輸軟件的載體,是MBI各功能組件的控制管理中心,其任務(wù)是按照已定操作程序及來自主機(jī)的命令和數(shù)據(jù)對MBI實施控制。ACE-MBI和UT-MBI的區(qū)別硬件上就在可編程控制器的實現(xiàn)上。

UT-MBI的可編程控制器采用偽雙口方式,微處理器通過UT1553B訪問雙口存儲器,UT1553B通過DMA方式訪問雙口存儲器。由于UT內(nèi)部無RAM,其控制區(qū)和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)均在雙口存儲器內(nèi)。

在ACE-MBI可編程控制器設(shè)計中,根據(jù)ACE芯片的6種接口方式,有3種可行的接口方式可供選擇,即16位透明方式、16位DMA方式和帶有外部邏輯以減少微處理器訪問雙口存儲器時間的16位DMA方式。采用三種接口方式的可編程控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖3~圖5所示。

RAM時間的16位DAM方式

由于設(shè)計要求ACE-MBI在替換UT-MBI時,在驅(qū)動層、應(yīng)用層是透明的,保證UT-MBI原雙口格式劃分不能改變,但是ACE芯片的控制方式、格式與UT1553B完全不同,那么ACE芯片的控制區(qū)只能放在其內(nèi)部RAM中,這樣雙口存儲器中控制區(qū)格式不需修改。

在以上三種接口方式下,ACE芯片數(shù)據(jù)緩沖區(qū)即可放在其內(nèi)部RAM,也可放在雙口RAM中。若將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)放在芯片內(nèi)部,傳輸軟件將擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)從內(nèi)部緩沖區(qū)向雙口的搬家工作,從而降低了工作效率。所以采用將ACE芯片數(shù)據(jù)緩沖區(qū)按UT數(shù)據(jù)緩沖區(qū)格式進(jìn)行編排,放在雙口存儲器數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的方式,傳輸軟件僅實現(xiàn)控制信息、總線表、通信表的格式轉(zhuǎn)換和傳遞,這樣就保證了雙口存儲器中數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和控制區(qū)的格式不變,原UT-MBI的驅(qū)動軟件、應(yīng)用軟件就可以直接在ACE-MBI上使用。

以上三種接口方式中,通過可編程控制器結(jié)構(gòu)框圖可以看出,16位透明方式需增加數(shù)據(jù)線、地址線隔離,增加了硬件設(shè)計難度和芯片使用數(shù)量,降低了MBI的可靠性,不宜采用。后兩種16位DMA方式中,16位DMA方式硬件設(shè)計類似于UT-MBI的偽雙口方式,但這種方式下訪問雙口存儲器的時間較之于帶有外部邏輯的16位DMA方式時間較長,帶有外部邏輯的16位DMA方式只需增加部分組合邏輯,即可實現(xiàn)。通過減少微處理器訪問雙口存儲器時間可提高傳輸軟件效率,因此帶有外部邏輯，以減少微處理器訪問雙口存儲器時間的16位DMA方式應(yīng)作為首選方案。

3 ACE-MBI通信軟件

由于應(yīng)用層與特定的子系統(tǒng)相關(guān),數(shù)據(jù)鏈路層和物理層由硬件實現(xiàn),所以ACE-MBI通信軟件實現(xiàn)驅(qū)動層和傳輸層的功能。

3.1 通信軟件結(jié)構(gòu)

通信軟件的層次結(jié)構(gòu)及其關(guān)系如圖6所示。

3.2 驅(qū)動軟件

驅(qū)動軟件是實現(xiàn)ACE-MBI上傳輸軟件與主機(jī)應(yīng)用軟件間的軟件接口,是實現(xiàn)通信控制與數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶Ｓ密浖?。它可以提供各類總線消息數(shù)據(jù)的讀寫支持,實現(xiàn)對ACE-MBI內(nèi)部程序的調(diào)用，對計時器的控制及處理。驅(qū)動軟件的另一主要功能是對主機(jī)接收到的ACE-MBI的中斷信號進(jìn)行中斷原因分析,并調(diào)用系統(tǒng)通信控制(SCC)或局部通信控制(LCC)中斷服務(wù)程序。

驅(qū)動軟件按其功能可分為MBI控制、系統(tǒng)控制、計時器控制、消息控制和MBI中斷服務(wù)。驅(qū)動軟件駐留于主機(jī)中。

ACE-MBI與UT-MBI驅(qū)動軟件相同。

3.3 傳輸軟件

傳輸軟件控制航空電子系統(tǒng)多路傳輸數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳輸,它在主機(jī)的控制下能夠完成通信系統(tǒng)的傳輸層協(xié)議,實現(xiàn)故障檢測與處理、雙余度總線的管理與切換、實時時鐘RTC的同步、控制信息、總線表、通信表的格式轉(zhuǎn)換。傳輸軟件包括通信表、總線表和控制程序幾部分。

通信表主要用于定義出入BC或RT各類消息的物理名、邏輯名、終端子地址、消息功能及其總線屬性等相關(guān)信息之間的對應(yīng)關(guān)系。

總線表(BC專用)用于管理和組織執(zhí)行位于總線通信過程中有效終端RT間的數(shù)據(jù)傳輸,包括優(yōu)化總線指令表及一些相關(guān)信息。

控制程序是在MBI的正常操作過程中可由MBI內(nèi)的微處理器獨立執(zhí)行的程序。

ACE-MBI的傳輸軟件比UT-MBI的傳輸軟件多一項任務(wù),即進(jìn)行控制信息、總線表、通信表

的格式轉(zhuǎn)換和傳遞。

4 結(jié) 語

目前，按照要求設(shè)計的ACE-MBI已完成生產(chǎn),并通過了航空電子系統(tǒng)測試平臺的驗收測試。驗收結(jié)果證明，其完全可作為UT-MBI的替換產(chǎn)品。在新任務(wù)中,ACE-MBI得到了推廣應(yīng)用,替換方案的實現(xiàn)擴(kuò)大了芯片來源,保障了產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)的完成。

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作者簡介 謝 沖 男,1981年出生,助理工程師,碩士。主要研究方向為航空機(jī)載計算機(jī)。