劉佳昕，趙欣博，高洪宇，劉海榮

（1 中國空間技術(shù)研究院通信與導(dǎo)航衛(wèi)星總體部 北京 100094 2 海裝駐上海第九軍事代表室 上海 200135 3 上海航天電子有限公司 上海 201821）

引 言

隨著通信衛(wèi)星星載設(shè)備數(shù)量和整星信息容量的日益增加，衛(wèi)星總線通信協(xié)議對總線的數(shù)據(jù)動態(tài)交互機制和自適應(yīng)性要求也日益增高[1,2]。目前，國內(nèi)航天器主要采用1553B 總線進行通信[3]。根據(jù)協(xié)議，為保證遠(yuǎn)程終端（RT 端）與總線控制端（BC 端）順利通信，需要總線控制器端口應(yīng)用軟件中預(yù)先輸入RT 端通信時需要的內(nèi)部遙測指標(biāo)、存儲位置等自描述信息，因此導(dǎo)致了1553B 總線自適應(yīng)性能單一、普適性差、遙測信息無法動態(tài)交互的問題[4]。

某通信衛(wèi)星采用自適應(yīng)1553B 總線協(xié)議，根據(jù)協(xié)議，在BC 端與RT 端通信之前，無需預(yù)置RT 端通信時需要的自描述信息。衛(wèi)星加電后，BC 端依次與各RT 端通過循環(huán)訪問的方式進行數(shù)據(jù)交互，同時獲得各RT 端的遙測參數(shù)容量、存儲位置等自描述信息，并根據(jù)各RT 端的自描述信息為其提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)交互服務(wù)，有效解決了傳統(tǒng)1553B 總線協(xié)議中自適應(yīng)性能差的缺陷[5]。

文獻[6]在某飛機通信中設(shè)計了自適應(yīng)1553B 總線，有效解決了總線通信命令發(fā)送單一、不可控、配置不靈活的缺陷。文獻[7]在多功能仿真測試卡的基礎(chǔ)上設(shè)計了監(jiān)控測試軟件，實現(xiàn)對1553B 總線消息監(jiān)控和對消息源碼進行解析的功能。但1553B 總線自適應(yīng)功能在通信衛(wèi)星領(lǐng)域應(yīng)用甚少，且缺少相關(guān)研究資料，這給通信衛(wèi)星1553B 總線自適應(yīng)功能驗證工作帶來了一定困難[8,9]。

本文針對某通信衛(wèi)星首次采用自適應(yīng)1553B 總線通信，使用1553B 總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)對該衛(wèi)星總線自適應(yīng)性能進行測試，模擬1553B 的BC 端和RT 端，設(shè)計了自適應(yīng)1553B 總線測試用例，對衛(wèi)星總線通信功能及自適應(yīng)功能進行了邏輯驗證。

1 自適應(yīng)1553B 總線通信協(xié)議

1.1 自適應(yīng)1553B 總線架構(gòu)

某通信衛(wèi)星采用1553B 總線網(wǎng)絡(luò)，是以星務(wù)管理單元SMU（Space Management Utilities）為BC 端，綜合電子分系統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)單元及其他分系統(tǒng)中的控制單元為RT 端的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[10]?？紤]到不同的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)需求和可靠性、數(shù)據(jù)量及實時性要求的區(qū)別，某通信衛(wèi)星采用2 條1553B 總線設(shè)計，分別為平臺1553B 總線和載荷1553B 總線，每套總線均包含AB 通道，兩套總線采用互不耦合的并行工作方式，提供與各網(wǎng)絡(luò)單機設(shè)備的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)，并提供可靠的通信通路和容錯機制[11]，1553B總線架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 衛(wèi)星1553B 總線架構(gòu)圖Fig.1 1553B bus structure of a certain platform

1.2 自適應(yīng)1553B 總線通信功能

與傳統(tǒng)1553B 總線協(xié)議不同的是，某通信衛(wèi)星采用自適應(yīng)1553B 總線協(xié)議，該協(xié)議自適應(yīng)性能主要體現(xiàn)在：①RT 自描述信息動態(tài)輪詢獲??；② A/B 總線自適應(yīng)輪詢功能[12]。

1.2.1 RT自描述信息動態(tài)輪詢獲取

衛(wèi)星1553B 的BC 端SMU，在衛(wèi)星上電后采用循環(huán)訪問的方式對RT 進行檢測，系統(tǒng)上電前，即SMU 在與各個RT 通信之前，SMU 對RT 設(shè)備內(nèi)部遙測參數(shù)容量、存儲位置，以及RT 設(shè)備所需的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)都是未知的，RT 設(shè)備的自描述信息無需預(yù)置在SMU 的應(yīng)用軟件中[13]。

衛(wèi)星上電后，BC 端SMU 會建立RT 狀態(tài)表，周期性地依次與該衛(wèi)星的所有RT（數(shù)量為N）進行數(shù)據(jù)交互，獲取每個合法RT 端的自描述信息。當(dāng)RT 自描述信息校驗正確時，SMU 按照RT 設(shè)備自描述字段定義的內(nèi)容進行相應(yīng)的訪問，并動態(tài)獲取該RT 設(shè)備的自描述信息；當(dāng)RT 的自描述信息無法校驗成功時，BC 端SMU 會將該RT 端的地址設(shè)為無效通信地址，并丟棄該RT 端的自描述信息。衛(wèi)星通電期間，SMU 以448 ms 為周期不間斷地對1553B 總線上的所有RT 進行訪問，每448 ms 完成一次對所有RT 的輪詢。1553B 總線BC 端對RT 端周期性輪詢握手流程圖如圖2 所示。

圖2 BC 端循環(huán)訪問取得RT 端自描述信息流程圖Fig.2 Dynamic acquisition of self-descriptive messages

1.2.2 A/B總線自適應(yīng)輪詢功能

衛(wèi)星通電期間，BC 端SMU 以448 ms 為周期對總線上的N個RT 設(shè)備循環(huán)進行訪問，先通過A 總線依次對RT1至RTN進行循環(huán)訪問，若第i（1≤i≤N）個RTi與SMU 成功握手，則SMU 動態(tài)獲取RTi自描述信息，同時認(rèn)為RTi為A 總線的任務(wù)，并標(biāo)志與RTi通信成功；若未能成功握手，則SMU 通過A 總線重新嘗試與RTi進行通信握手，當(dāng)?shù)诙瓮ㄐ盼帐质?，則對該RTi進行標(biāo)記，接著去訪問RTi+1，當(dāng)一個循環(huán)訪問周期后，SMU 切換至B 總線。再次輪詢通信時，SMU 只與已被標(biāo)記未成功握手的RT進行數(shù)據(jù)交互，若握手成功，則SMU 更新與該RT 進行數(shù)據(jù)交互時狀態(tài)表對應(yīng)的相關(guān)信息，同時認(rèn)為該RT 端為B 總線的任務(wù)，若A 總線與B 總線均無法與該RT 進行通信，系統(tǒng)將認(rèn)為該RT 端通信超時。

當(dāng)SMU 與某一個標(biāo)記為握手成功的RT 設(shè)備通信時，若出現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)中斷或異常的現(xiàn)象，則SMU按照總線容錯管理方式，切換AB 總線重試。切換后若不成功，則將該RT 地址表示為未接入。期間始終保持AB 總線循環(huán)切換，周期為448 ms。若某條總線重試通信成功，則SMU 將更新該RT 端的AB總線使用狀態(tài)，A/B 總線自適應(yīng)輪詢流程圖如圖3 所示。

圖3 A/B 總線自適應(yīng)輪詢流程圖Fig.3 A/B bus self-adaptive polling

2 自適應(yīng)1553B 總線測試方案

為驗證某通信衛(wèi)星自適應(yīng)1553B 總線通信功能，本文設(shè)計了系統(tǒng)級與整星級的測試方案，從而驗證了自適應(yīng)1553B 總線RT 端內(nèi)部自描述信息動態(tài)獲取功能，以及1553B 總線A/B 總線自適應(yīng)循環(huán)訪問功能。

根據(jù)某衛(wèi)星1553B 總線協(xié)議，在地面遙控指令在系統(tǒng)上電后，通過觀測綜合業(yè)務(wù)單元上電前后總線通信狀態(tài)邏輯，對A/B 總線自適應(yīng)循環(huán)訪問功能進行測試，不需要地面設(shè)備。自描述信息動態(tài)輪詢獲取功能在整星AIT（總裝集成測試）階段無法進行監(jiān)測，需要借助地面測試設(shè)備模擬RT 對總線通信狀態(tài)進行監(jiān)視，從而驗證BC 端對RT 自描述信息動態(tài)獲取的功能。因此，衛(wèi)星1553B 自適應(yīng)總線通信功能測試可按照功能分為兩類測試方案：一類是在分系統(tǒng)階段，通過設(shè)計自適應(yīng)1553B 總線仿真與測試平臺，并利用總線終端監(jiān)視與處理設(shè)備，可以驗證RT 端內(nèi)部自描述信息動態(tài)獲取功能；一類是在整星階段驗證A/B 總線自適應(yīng)循環(huán)訪問功能測試。

2.1 自適應(yīng)1553B 總線仿真與測試平臺

為驗證某通信衛(wèi)星1553B 的BC 端對RT 端自描述信息獲取的功能，本文搭建了1553B 總線仿真測試平臺，實現(xiàn)對總線實時監(jiān)視與分析功能。1553B 總線仿真測試平臺由總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)、SMU和總線接口測試設(shè)備構(gòu)成。其中，總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)由RT 控制面板和BM 監(jiān)視軟件構(gòu)成，RT控制面板用于設(shè)置各RT 的自描述信息，BM 監(jiān)視軟件用于監(jiān)控BC 端是否與RT 成功握手。通過總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)模擬RT 端、SMU 為BC 端驗證總線協(xié)議的正確性和自適應(yīng)性。

2.1.1 總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)

總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)由1 臺PCI 機箱、1 組CPU 模塊和2 組1553B 模塊組成，從而模擬1553B總線通信功能。各個功能模塊安裝在PCI 工控機中，通過底板的PCI 總線與CPU 模塊進行信息交互，CPU模塊上運行有總線RT端監(jiān)控與交互系統(tǒng)軟件。

2.1.2 RT 自描述信息動態(tài)獲取功能測試流程

根據(jù)總線協(xié)議中RT 端自描述字段的定義，總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)軟件在RT 上電運行后，將RT 所屬的自描述信息錄入該系統(tǒng)規(guī)定的字段里，并將之存在RT 的子地址1 的物理區(qū)域，供SMU 進行獲取[14]。為充分驗證BC 端與RT 端握手后是否能正確獲取其內(nèi)部遙測參數(shù)信息，根據(jù)自適應(yīng)1553B協(xié)議，分別在總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)軟件上，設(shè)置正確的RT 內(nèi)部遙測參數(shù)信息與非正確的內(nèi)部遙測參數(shù)信息，監(jiān)測SMU 是否能夠與RT 端成功握手，設(shè)計測試流程如下：

①設(shè)置通信總線芯片為RT 工作模式，且下位機軟件每次進行總線數(shù)據(jù)交互時，確認(rèn)該工作方式（RT 工作方式），若出現(xiàn)異常，對收發(fā)數(shù)據(jù)不做任何處理，重新初始化該總線芯片模式。

② 系統(tǒng)上電后，驗證SMU 獲取的RT 端自描述信息是否正確，若為正確信息則SMU 與RT 握手，若SMU 收到RT 端反饋的自描述信息是錯誤信息，則驗證SMU 是否將其視為無效消息。即觀測總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)是否顯示RT 一直在傳送信息但SMU 無法識別。

③當(dāng)SMU 與RTi成功握手之后，根據(jù)自適應(yīng)1553B 協(xié)議，設(shè)置一個新的、正確的RTi自描述信息，通過總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)，監(jiān)測BC 端是否仍然可以與RTi成功握手并獲取其自描述信息。BC 端動態(tài)獲取RT 端自描述信息功能測試流程如圖4 所示。

圖4 BC 端自適應(yīng)獲取RT 端自描述信息流程圖Fig.4 Acquisition of self-descriptive messages

2.2 A/B 總線自適應(yīng)輪詢功能測試

在整星AIT 階段進行1553B 總線自適應(yīng)通信功能測試時，以SMU 為總線控制器端BC，平臺綜合業(yè)務(wù)單元PFISU(Platform Integrated Service Unit)為終端RT 進行驗證。按照自適應(yīng)1553B 總線協(xié)議，系統(tǒng)上電期間，SMU 通過應(yīng)答機制對兩條總線（A、B）的RT1～RTN終端設(shè)備進行循環(huán)檢測。當(dāng)PFISU未反饋應(yīng)答信息時，則SMU 先利用原總線A 或者B 再次嘗試通信，如原總線通信異常，則切換另一條總線重試。如A/B 總線均通信不成功，則再次進行A/B 總線循環(huán)切換，當(dāng)RT 端正確反饋應(yīng)答信息時，則認(rèn)為該RT 地址通信成功，并將當(dāng)班的RT 設(shè)備自描述信息更新至BC 端的總線終端接入狀態(tài)表[15]。

因此，設(shè)計測試邏輯如下：SMU 加電后，保持平臺綜合業(yè)務(wù)單元不通電，這種狀態(tài)下，SMU 無法獲取平臺綜合業(yè)務(wù)單元反饋的信息，通信失敗；按照1553B 總線自適應(yīng)功能設(shè)計，SMU 會首先嘗試通過A 總線與PFISU 通信，通信失敗后利用A 總線再次嘗試通信，通信再次失敗后SMU 切換至B 總線與平臺綜合業(yè)務(wù)單元通信。因此，遙測參數(shù)“PFISU A/B 總線狀態(tài)”值應(yīng)為1（A總線）與0（B 總線）兩個值的重復(fù)循環(huán)。當(dāng)PFISU 上電后，向SMU 傳達(dá)通信自描述信息，通信成功，通信總線的選擇為當(dāng)前握手成功的總線；按照1553B 總線自適應(yīng)功能設(shè)計，遙測參數(shù)“PFISU A/B 總線狀態(tài)”值應(yīng)為固定值1（A 總線）或者0（B 總線）。A/B 總線自適應(yīng)輪詢功能測試流程圖如圖5 所示。

圖5 A/B 總線自適應(yīng)輪詢功能測試流程圖Fig.5 Testing method for A/B bus self-adaptive polling

3 測試成果與實現(xiàn)

3.1 自描述信息動態(tài)獲取測試

3.1.1 設(shè)置任意RT 正確的自描述信息

搭建1553B 總線測試仿真平臺。在SMU 加電后，啟動總線RT 端監(jiān)控與交互系統(tǒng)，同時按照自適應(yīng)1553B 總線協(xié)議將RT1的內(nèi)部參數(shù)信息等自描述字段寫入軟件的RTN（RT 可根據(jù)需要而選擇）中。因為，RT 自描述字段（共24 字節(jié)）存放在RT 設(shè)備子地址1 的物理空間，故在RT1控制面板的子地址1（TX SA 01）的編輯數(shù)據(jù)緩沖區(qū)設(shè)計指令位置狀態(tài)字。

進行配置1 設(shè)置：指令位置狀態(tài)字為003E，遙測位置狀態(tài)字為0FFFFFC0，并計算正確的校驗和填入軟件中。因遙測位置狀態(tài)字為0FFFFFC0，則表示RTN在SA7 到SA28 中存在有效數(shù)據(jù)。測試結(jié)果顯示，SA7 到SA28 通信成功，SMU 與PFISU 已經(jīng)成功通信，并在SA7 到SA28 獲取了平臺綜合業(yè)務(wù)單元的遙測數(shù)據(jù)，與遙測位置狀態(tài)字的設(shè)置相一致。測試結(jié)果表明，在系統(tǒng)上電后，SMU 已通過應(yīng)答機制對當(dāng)前總線的RT1～RTN的終端設(shè)備進行輪詢檢測，并在與RT1成功握手后，獲取了其自描述信息，并根據(jù)自描述信息在BC 端內(nèi)部建立總線終端接入狀態(tài)表初始態(tài)。

3.1.2 設(shè)置任意RT 無效的內(nèi)部參數(shù)信息

為了測試BC 加電后通過輪詢方式訪問獲取每個合法RT 設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)信息，若RT 終端反饋的同步頭信息與約定數(shù)據(jù)不相符時，或內(nèi)部參數(shù)信息不滿足校驗要求，則BC 端將該總線終端對應(yīng)的RT地址表示為通信非法，并丟棄該RT 設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)信息”。更改配置1 中的遙測狀態(tài)字使其與位置狀態(tài)字相沖突，根據(jù)1553B 協(xié)議，若使遙測狀態(tài)字與位置狀態(tài)字位置重疊，則BC 端會自動丟棄該設(shè)備內(nèi)部參數(shù)信息，并認(rèn)為該設(shè)備非法，并開始重訪自描述字段，周期為448 ms。

設(shè)置配置2 中RTi的自描述信息如下：設(shè)置遙測狀態(tài)字為0FFF1111、位置狀態(tài)字為0040，此配置為無效的自描述信息，RTi不能與SMU 握手。測試結(jié)果顯示：SMU 會自動丟棄配置2 中RTi自描述信息，認(rèn)為RTi非法，并開始重訪自描述字段。

3.1.3 RT 自描述信息更改

為了驗證BC 端在與RT 交互之前，BC 端對RT 端的自描述信息都是未知的，且RT 設(shè)備所需的服務(wù)信息由自身提供描述，無需提前將服務(wù)信息輸入在BC 端內(nèi)。在系統(tǒng)上電后以及系統(tǒng)運行期間，BC端周期性地與RT 進行數(shù)據(jù)握手，并確定RT 所需的相關(guān)服務(wù)內(nèi)容。在配置1 的基礎(chǔ)上，設(shè)置配置3 如下：將RT 控制面板的子地址1（TX SA 01）的編輯數(shù)據(jù)緩沖區(qū)設(shè)計指令位置狀態(tài)字為0040，遙測位置狀態(tài)字為0FFFFFB。

測試結(jié)果顯示：SMU 與PFISU 通信成功，并在SA2 到SA28 獲取了遙測數(shù)據(jù)，與自描述字中遙測位置狀態(tài)字的設(shè)置相一致?？梢宰C明SMU 按照PFISU 自描述字段定義的內(nèi)容進行相應(yīng)的訪問，在與RT 通信握手成功后，動態(tài)獲取了RT 設(shè)備自描述信息，并按照RT 自身提供的信息提供相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

4 結(jié)束語

本文通過對衛(wèi)星自適應(yīng)1553B總線通信功能需求分析，針對自適應(yīng)1553B總線協(xié)議中兩類總線性能，即RT 自描述信息動態(tài)獲取功能以及A/B 總線自適應(yīng)輪詢的功能，設(shè)計了一種精準(zhǔn)快捷的測試方法及系統(tǒng)，分別在整星AIT 階段和分系統(tǒng)階段進行驗證，同時通過利用1553B 總線仿真與測試平臺實現(xiàn)對1553B總線自適應(yīng)性能的判讀與仿真。測試結(jié)果表明，某通信衛(wèi)星1553B 總線具有較高的自適應(yīng)能力和通用性，以及靈活的任務(wù)周期。