崔艷召 何欣 杜以強(qiáng)

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

0 引言

目前，1553B總線已成為衛(wèi)星平臺(tái)與相機(jī)分系統(tǒng)間進(jìn)行通信的有效選擇。其使用特點(diǎn)是：各類星載相機(jī)的1553B總線通信協(xié)議均不一致，通信的應(yīng)答方式和數(shù)據(jù)的傳輸模式也多種多樣。為了在不同1553B總線通信進(jìn)行地面測(cè)試時(shí)，有效地降低地面測(cè)試程序的開發(fā)難度，提高程序的開發(fā)效率，保證接口程序的一致性和地面測(cè)試程序的可靠性，國(guó)內(nèi)外航空、航天領(lǐng)域提出了1553B總線通信測(cè)試的通用化設(shè)計(jì)方向[1-2]。本文設(shè)計(jì)一套1553B總線通信進(jìn)行地面測(cè)試時(shí)的通用化接口程序，可以適應(yīng)不同型號(hào)的星載相機(jī)采用1553B總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

要使不同型號(hào)星載相機(jī)的1553B總線通信測(cè)試通用化，要求程序接口和代碼具有通用度高、可靠性高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)。本文基于VC編程技術(shù)，借鑒程序通用化的設(shè)計(jì)思想，通過給上位機(jī)界面提供通用、高度集成的接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)1553B總線通信地面測(cè)試程序的通用化。

1 通信電路的硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)通信電路由4部分組成：CPCI(compact peripheral component interconnect)接口協(xié)議電路單元、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（field programmable gate array，F(xiàn)PGA）時(shí)序和邏輯電路單元、1553B總線通信電路單元、秒脈沖電路單元（產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)，并以此觸發(fā)1553B總線發(fā)送秒脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)刻數(shù)據(jù)），如圖1所示。

圖1 通信電路的結(jié)構(gòu)Fig.1 Block diagram of the communication board

CPCI接口電路單元采用的協(xié)議芯片為PCI9054[3-5]（其配置芯片為NM 93CS56），主要特點(diǎn)如下：

1）具有可選的串行EEPROM接口；

2）CPCI與本地總線的數(shù)據(jù)傳送速率高達(dá)132Mbyte/s[6-7]；

3）本地總線時(shí)鐘由外部提供，該時(shí)鐘可與CPCI時(shí)鐘異步；

4）具有8個(gè)32bit的Mailbox寄存器和2個(gè)32 bit的Doorbell寄存器；

5）本地總線速率高達(dá)50MHz；支持復(fù)用/非復(fù)用的32bit地址/數(shù)據(jù)；本地總線有三種模式：M模式、C模式和J模式，可利用模式選擇引腳加以選擇。

FPGA時(shí)序和邏輯電路單元選擇的芯片為EP1C3T144，該款芯片具有2910LE邏輯單元，13條M 4KRAM（共6.5Kbyte），還有1個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)。EP1C3T144與PCI9054的連接如圖2所示[8-9]。

圖2 EP1C3T144與PCI9054連接圖Fig.2 The connection between EP1C3T144 and PCI9054

1553B協(xié)議定義了一個(gè)多元數(shù)據(jù)總線。該標(biāo)準(zhǔn)不僅定義了串行數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)格式、命令/響應(yīng)方式、時(shí)分割等技術(shù)，而且定義了數(shù)據(jù)總線及其接口的電氣特性。BU-61580高級(jí)通信引擎為主處理器和1553B總線間提供了完全集成化的接口，實(shí)現(xiàn)了總線控制器（BC），遠(yuǎn)程終端（RT）和監(jiān)視器終端（MT）模式[10-13]。

2 通用接口程序

2.1 通用接口函數(shù)概述

不同型號(hào)星載相機(jī)的1553B總線協(xié)議不同，對(duì)應(yīng)RT的協(xié)議及其地面檢測(cè)系統(tǒng)的上位機(jī)界面也有較大差別。不同的協(xié)議會(huì)造成1553B總線通信程序頻繁改動(dòng)，不但降低了程序的可靠性，而且降低了地面檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)效率。為了解決這些問題，本文設(shè)計(jì)了通用接口程序。該程序?yàn)樯衔粰C(jī)提供了統(tǒng)一的調(diào)用函數(shù)，使各型星載相機(jī)的1553B總線協(xié)議在此接口處實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一調(diào)用。增加通用接口程序后的地面檢測(cè)系統(tǒng)只需修改上位機(jī)的操作界面，無(wú)需進(jìn)行其他改動(dòng)，即可滿足RT進(jìn)行1553B總線通信測(cè)試的要求。

1553B總線通信地面檢測(cè)系統(tǒng)如圖3所示，包括上位機(jī)界面、通用接口程序、底層驅(qū)動(dòng)和1553B總線通信板卡（包含BC）。本文設(shè)計(jì)的通用化接口程序是連接上位機(jī)界面與底層驅(qū)動(dòng)的橋梁。通用接口程序接收上位機(jī)的統(tǒng)一調(diào)度，根據(jù)不同參數(shù)來(lái)做相應(yīng)的配置，通過底層驅(qū)動(dòng)和CPCI總線連接1553B總線通信板卡，最后由BC來(lái)實(shí)現(xiàn)與RT的通信。

利用本文設(shè)計(jì)的程序通用，上位機(jī)對(duì)星載相機(jī)進(jìn)行1553B總線通信測(cè)試時(shí)的操作流程如圖4所示。

圖3 1553B總線通信地面檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 Themodule of checkoutsystem for 1553B bus communication

圖4 上位機(jī)調(diào)用1553B總線程序流程圖Fig.4 The flow of PC calling 1553B bus program

本程序在運(yùn)行時(shí)，只需對(duì)此接口函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，即可滿足不同類型協(xié)議的需要，也可設(shè)置中斷函數(shù)，來(lái)滿足1553B總線突發(fā)數(shù)據(jù)的傳輸。本文設(shè)計(jì)的通用化接口程序由5部分組成：BU-61580寄存器設(shè)置函數(shù)、1553B總線數(shù)據(jù)幀收發(fā)函數(shù)、中斷響應(yīng)函數(shù)、電路板復(fù)位函數(shù)以及其他輔助函數(shù)[14-15]。

2.2 寄存器設(shè)置函數(shù)

由于不同類型的協(xié)議對(duì)1553B總線的使用設(shè)置和數(shù)據(jù)傳輸屬性不同，要實(shí)現(xiàn)接口通用化，須將各類協(xié)議使用的設(shè)置參數(shù)化，以方便上位機(jī)選擇使用。本文對(duì)BU-61580寄存器設(shè)計(jì)了通用設(shè)置函數(shù)，函數(shù)為重要的設(shè)置均留有通用的接口參數(shù)。寄存器設(shè)置的函數(shù)名為：

BOOLReg_1553_Func(REG_SET_STRUCT*pREG_SET_STRUCT)

其中的參數(shù)為結(jié)構(gòu)體指針，具體定義如下：

使用時(shí)可根據(jù)不同型號(hào)的需要對(duì)此接口函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行不同的設(shè)置，具體參數(shù)的定義見表1。

表1 寄存器設(shè)置結(jié)構(gòu)體參數(shù)表Tab.1 The parameters of register-setting structure body

2.3 數(shù)據(jù)幀收發(fā)函數(shù)

在同一類協(xié)議中，通常存在不同類型的數(shù)據(jù)傳輸，如：不同的消息傳輸模式（一般消息、矢量字和廣播消息）、不同幀內(nèi)消息的個(gè)數(shù)不相同、不同消息內(nèi)字的個(gè)數(shù)不相同等，本節(jié)的通用函數(shù)就是針對(duì)上述問題設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)幀收發(fā)函數(shù)如下：

BOOL Me_1553_Func(byte Me_Num,bool direction,byte Word_Num1,byte Word_Num2,byte Word_Num3,byteWord_Num4,ME_SET_STRUCT*pME_SET_STRUCT)

在使用此函數(shù)時(shí)，可根據(jù)不同協(xié)議的需要對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體參數(shù)的定義可參考表 2。在進(jìn)行1553B總線數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)，本文設(shè)計(jì)的一幀內(nèi)消息的最大個(gè)數(shù)為4個(gè)。

表2 數(shù)據(jù)幀收發(fā)函數(shù)參數(shù)表Tab.2 The parameters of data frame sending and receiving function

其中，ME_SET_STRUCT是結(jié)構(gòu)體指針*pME_SET_STRUCT的實(shí)體。

在開機(jī)時(shí)，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的識(shí)別統(tǒng)一性，初始化的值都設(shè)置為0，數(shù)據(jù)幀收發(fā)函數(shù)結(jié)構(gòu)體參數(shù)見表3。

表3 數(shù)據(jù)幀收發(fā)函數(shù)結(jié)構(gòu)體參數(shù)表Tab.3 The parameters of structure body of data frame sending and receiving function

為增加消息傳輸?shù)目煽啃?，所有不同類型的消息地址均不相同，可以避免不同類型?shù)據(jù)的沖突。

2.4 中斷函數(shù)

此中斷函數(shù)的作用是為了配合秒脈沖信號(hào)，在1553B總線上輸出對(duì)應(yīng)秒脈沖時(shí)刻的數(shù)據(jù)。同時(shí)，上位機(jī)也可以此為時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行地檢設(shè)備內(nèi)部校時(shí)。此中斷函數(shù)為：void Open_Interrupt(void)。

在VC++6.0編制測(cè)試界面時(shí)，需聲明消息響應(yīng)：ON_MESSAGE(WM_PCI9054_INTERRUPT,OnInterrupt)。

2.5 電路復(fù)位函數(shù)

電路在工作前，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，調(diào)用下述函數(shù)就可發(fā)出電路復(fù)位信號(hào)，使電路復(fù)位：RETURN_CODEPci9054_BoardRst(void)。

2.6 輔助函數(shù)

輔助函數(shù)包括上位機(jī)與驅(qū)動(dòng)之間的地址映射函數(shù)、連接函數(shù)以及解除地址映射函數(shù)和解除連接函數(shù)。

在VC++6.0編制測(cè)試界面時(shí)，需聲明一下物理內(nèi)存：PHYSICAL_MEM PciMemory。

程序開始時(shí)的地址映射函數(shù)為：PhysicalMemoryMap(&PciMemory)。

程序開始時(shí)和硬件建立連接的函數(shù)（如連接不上，則彈出提示界面）為：

程序結(jié)束時(shí)的解除地址映射函數(shù)為：PhysicalMemoryUnMap(&PciMemory)。

程序結(jié)束時(shí)和硬件解除建立連接的函數(shù)為：DisconnectToPCI9054()。

3 接口函數(shù)測(cè)試與驗(yàn)證

為保證通用程序的可靠性，本文使用VC++6.0編制了一個(gè)上位機(jī)測(cè)試界面，可以用此界面實(shí)現(xiàn)1553B總線所有類型消息的傳輸[15]。該上位機(jī)程序?qū)⒑笈_(tái)操作流程界面化，操作人員可以根據(jù)不同需求進(jìn)行靈活設(shè)置。

1553B總線數(shù)據(jù)收、發(fā)測(cè)試界面如圖5所示，1553B總線通信地面檢測(cè)程序自檢界面如圖6所示。

圖5 1553B總線數(shù)據(jù)收、發(fā)測(cè)試界面Fig.5 Receiving and sendingmeasuring interface of 1553B bus data

圖6 1553B總線通信自檢界面Fig.6 Self-checking interface of 1553B bus communication

地面測(cè)試設(shè)備外接1553B總線監(jiān)視器，通過圖4收、發(fā)1553B總線數(shù)據(jù)界面中的“消息收發(fā)次數(shù)”進(jìn)行設(shè)置，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類測(cè)試。程序經(jīng)過不斷完善，數(shù)據(jù)連續(xù)正確傳輸次數(shù)達(dá)到千萬(wàn)次，數(shù)據(jù)量達(dá)到了10Gbyte。測(cè)試結(jié)果表明：此1553B總線通信通用測(cè)試接口程序在接口架構(gòu)和代碼編寫方面完全可以被上位機(jī)調(diào)用，結(jié)果正確，符合預(yù)期效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種星載相機(jī)1553B總線通信地面測(cè)試程序的通用化程序，利用CPCI總線設(shè)計(jì)了1553B總線通信的硬件電路，并編制了通用接口程序，減少了地面檢測(cè)設(shè)備1553B總線通信程序的更改次數(shù)和更改量，提高了地面檢測(cè)程序開發(fā)的效率，提高了地面檢測(cè)程序?qū)Σ煌?553B總線傳輸協(xié)議的適應(yīng)性，提高了地面檢測(cè)程序的可靠性。

References)

[1] 顏猛,蔣軒祥.1553總線BC/BBC配置下總線管理軟件的研究與實(shí)現(xiàn)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2003(1):20-22.YAN Meng,JIANG Xuanxiang.Research and Implementation of 1553 Bus Management Software Based on BC/BBC Configuration[J].M icroelectronicsand Computer,2003(1):20-22.(in Chinese)

[2] 李曼.基于SOC的1553B接口技術(shù)研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2007.LIMan.Research of 1553B Interface Technique Based on SOC[D].Xi’an:Northwestern Polytechnical University,2007.(in Chinese)

[3] Tom Shanley.PCI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.Tom Shanley.PCISystem Architecture[M].Beijing:Publishing Houseof Electronics Industry,2000.(in Chinese)

[4] 李貴山,戚德虎.PCI局部總線開發(fā)者指南[M].西安:電子科技大學(xué)出版社,2003.LIGuishan,QIDehu.Developer Directory of PCILocal Bus[M].Xi’an:Publishing House of University of Electronic Science and Technology,2003.(in Chinese)

[5] 陳大羽,王琨,李濤,等.空間高速總線SpaceWire節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].航天返回與遙感,2010,31(4):58-64.CHEN Dayu,WANG Kun,LITao,et al.The Design and Implementation of Space High-speed Bus SpaceWire Codec[J].SpacecraftRecovery&Remote Sensing,2010,31(4):58-64.(in Chinese)

[6] 劉濤,黃偉,潘衛(wèi)軍.SpaceWire軟核的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J].航天返回與遙感,2011,32(1):51-58.LIU Tao,HUANG Wei,PAN Weijun.Design and Verification of SpaceWire IP Core[J].Spacecraft Recovery&Remote Sensing,2011,32(1):51-58.(in Chinese)

[7] 萬(wàn)旻,包斌,成桂梅.一種現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列門延時(shí)精確調(diào)整時(shí)序的方法[J].航天返回與遙感,2010,31(2):62-68.WAN M in,BAO Bin,CHENG Guimei.A FPGA Based Gate Delay Precise Tim ing AdjustMethod[J].Spacecraft Recovery&Remote Sensing,2010,31(2):62-68.(in Chinese)

[8] 陳彥,張宏偉,林宏宇.基于FPGA的CMOS圖像傳感器LUPA-4000時(shí)序設(shè)計(jì)[J].航天返回與遙感,2012,33(5):62-67.CHEN Yan,ZHANG Hongwei,LIN Hongyu.Tim ing Design of CMOS Image Sensor LUPA-4000 Based on FPGA[J].SpacecraftRecovery&Remote Sensing,2012,33(5):62-67.(in Chinese)

[9] 黃偉,劉濤,王華,等.SRAM型FPGA的單粒子效應(yīng)及TMR設(shè)計(jì)加固[J].航天返回與遙感,2012,33(2):49-53.HUANG Wei,LIU Tao,WANG Hua,et al.Single-event Effects on and TMR Radiation-harden of SRAM-based FPGA[J].SpacecraftRecovery&Remote Sensing,2012,33(2):49-53.(in Chinese)

[10] 顧驤,周東,田忠.用于1553總線控制器的存儲(chǔ)管理單元設(shè)計(jì)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2003,32(3):317-320.GU Xiang,ZHOU Dong,TIAN Zhong.Design of Memory Management Used in M IL-STD-1553 Bus Controllers[J].Journal of University of Electronic Scienceand Technology,2003,32(3):317-320.(in Chinese)

[11] 郭堅(jiān),付連芳,王海濤.基于8051單片機(jī)的1553B總線接口設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2006,14(7):946-950.GUO Jian,FU Lianfang,WANG Haitao.Interface Design of 1553B Bus Based on 8051 Singlechip[J].ComputerMeasurement and Control,2006,14(7):946-950.(in Chinese)

[12] 林強(qiáng),熊華剛,張其善.DSP在1553總線接口技術(shù)中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2004,25(3):339-343.LIN Qiang,XIONG Huagang,ZHANG Qishan.Application of DSP in the Design of 1553 Interface[J].M icrocomputer Applications,2004,25(3):339-343.(in Chinese)

[13] 孫軍文,安妮,王中訓(xùn).基于VC++6.0的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2011,34(23):52-54.SUN Junwen,AN Ni,WANG Zhongxun.The Network Communicating Design Based VC++6.0[J].Modern Electronics Technique,2011,34(23):52-54.(in Chinese)

[14] 陶桂寶,郭少波.MATLAB與VC++混合編程在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2007,30(7):26-29.TAO Guibao,GUO Shaobo.The Application of M ixing Program Using MATLAB and VC++in System Emulation[J].Journal of Chongqing University,2007,30(7):26-29.(in Chinese)

[15] 張曉光.CC++語(yǔ)言考試自動(dòng)評(píng)分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安:電子科技大學(xué),2010.ZHANG Xiaoguang.The Design and Application of Automatic Graded System of CC++Language Exam ination[D].Xi’an:University of Electronic Science and Technology of China,2010.(in Chinese)