通用1553B总线的信息监控系统的设计

1553B总线控制器设计与调试丁明亮庄喜盈王虎锋（中国空空导弹研究院，河南洛阳471009）摘要本文分析了1553B的工作原理，提出了总线控制器控制方法的设计和总线控制器控制软件的设计，给出了部分中断代码，并结合笔者经验分析了1553B系统连接与调试应注意的一些问题。

关键词1553B总线；总线控制器；调试1引言1553B总线是美国军用标准MIL-STD-1553B定义的一种串行总线的传输形式。

由美国于20世纪70年代提出，总线的组成包插一个总线控制器（BC）,若干个（最多31个）远程终端（RT）,如果需要的话还可以加上负责监视总线信息的总线监视器（BM）, 1553B总线通讯之所以得到如此广泛的应用，就是其具有以下特点：（1）强调实时性，1553B的传送速率为IMb/s,传输速率快。

（2）1553B总线按指令/响应的方式异步操作，即总线上所有的消息传输都由总线控制器发出的指令来控制，相关终端对指令应给予回答并执行操作。

这种方式非常适合集中控制的分布式处理系统。

（3）1553B总线是双冗余的传输线，总线都是双备份的，如果总线通讯不通，系统将会根据BC初始化时候的设定自动选择通讯重试，增强了系统的可靠性。

总线控制器是总线信息通讯的发起者和组织者，因此对BC控制的好坏将直接影响到总线通讯的质量。

2 总线的控制方法设计总线控制器是总线信息通讯的发起者，同时总线上所有信息的传输又均由BC来控制和激励，其简单的通讯过程为：BC向RT（或多个RT）发送一个发送或者接收指令，如果为接收指令，指令后会携带需要RT接收的数据字，RT接收到命令字后，在给定的相应时间范围内返回一个状态字，并执行相应动作。

如果为发送指令，RT只需接收BC 发送的数据字，然后返回状态即可。

在1553B总线上通讯的信息多种多样，所以针对不同的背景要有不同的总线设计方法，对于结构单一、数据量较少系统，总线上数据的活动不是很频繁，可以采取比较简单的方法：对周期性传输的消息采用固定周期来定时传输，对一次性消息采用命令插入的方式，要求RT返回数据的采用查询方式向RT的子地址下达命令字来获取数据。

第23卷　第3期2003年6月北京理工大学学报T r ansactions of Beijing Instit ute o f T echnolog y V ol.23　N o.3Jun.2003 文章编号:1001-0645(2003)03-0301-041553B 总线信息流设计刘桂山,　胡军程(北京理工大学信息科学技术学院计算机科学工程系,北京　100081)摘　要:论述1553B 总线信息流设计在车辆电子综合系统中的应用,分析了1553B 总线的原理和信息传输机制,提出信息流设计系统的功能、设计原则、数据结构和算法.系统初步使用结果表明,1553B 总线信息流设计在总线消息传播、流量控制、差错控制和网络管理等方面具有良好的控制作用,提高了通信质量.关键词:1553B 总线;总线控制器;远程终端;命令列表;消息传播中图分类号:T P 393.07 文献标识码:ADesign of Communication Stream for the 1553B BusLIU Gui-shan,　HU Jun-cheng(Depar tment of Co mputer Science and Engineer ing ,School o f Infor matio n Science and T echno lo gy ,Beijing Instit ut e ofT echno lo gy ,Beijing 100081,China)Abstract :Discusses the application of the design of 1553B bus com munication stream for use as a tank electro nic integ ratio n sy stem .T he principle of 1553B bus and 1553B bus com munication transfers mechanism are analy zed in full.Its function,principle of desig n,data structure,and algor ithm o f comm unication stream sy stem are put fo rw ard.The use o f the system and results show that the 1553B bus comm unicatio n stream design w orks w ell on the bus m essag e diffusion ,flux co ntro l ,error co ntrol and netw ork m anagement ;and provides improvement on the co mmunication quality.Key words :1553B bus;bus controller;remote terminal;comm and list;message diffuse 收稿日期:20020902基金项目:国家部委预研项目(104034)作者简介:刘桂山(1949-),男,副教授,E-mail:liugs 9504@. 20世纪70年代后期1553B 总线通讯技术得到迅速发展[1].它首先应用于综合化的航空电子系统,使得原先接口众多、电缆交错的电子系统之间的交联关系迅速得到简化,系统的可靠性、可维护性和可扩充性大为提高[2].1553B 总线具有确定的传输延迟、可靠的传输能力,它容错能力强、技术成熟度高并且经过广泛地验证,具有明显的优势[3].1　1553B 总线一个1553B 总线通常由若干子系统通过嵌入式总线接口并通过总线介质互联而成.各个子系统操作独立,资源和功能可通过网络共享[4].从通信系统的角度看,在所有子系统中只有一个作为总线控制器(bus contro ller ,BC)即查询网络的主站,其他子系统都是远程终端(remote term inal,RT)即查询网络的次站[5].1553B 总线具有不同于一般计算机网络的鲜明特点:¹1553B 总线网络是一种广播式分布处理的计算机网络(可挂接32个终端).任一终端(除总线控制器外)的故障不会造成整个网络的故障,总线控制器通过备份来提高可靠性.º强调实时性.1553B总线的传输速率为1Mbit/s,每条消息最多包含32个字(字长为20bit),数据有效长度为16bit.因此传输一条消息的时间比较短.»1553B总线按指令/响应的方式异步操作.总线上所有消息传输都由总线控制器发出的指令控制,相关终端对指令给予回答(响应)并执行操作.¼兼顾实时性的条件下,采用了合理的差错控制措施,即反馈重传方法.1553B总线的传输方式为半双工方式.传输协议为命令/响应方式[6].故障容错为典型的双冗余方式,第2条总线处于热备份状态.信息格式有BC到RT,RT到BC,RT到RT、广播方式和系统控制方式.传输媒介为屏蔽双绞线.构成1553B总线传输协议有三要素:指令字、数据字和状态字[7].每个字的长度为20bit,且由3部分组成:同步域(3bit)、消息块(16bit)和奇偶位(1bit).在以1553B为现场总线的车辆电子综合系统中,为了控制整个系统的通信,需要预先设定好固定的消息发送命令序列.传统的做法是通过手工输入设定命令序列,其明显的缺点是效率低下、易出错,例如对消息的合法性,消息的组合、排序等很难有效控制.信息流设计系统能自动控制命令序列的生成、保存、转换等工作.对车辆电子综合系统的保密性、完整性、可靠性、可用性等方面具有十分重要的意义.它能保护网络信息系统,使其没有危险、不受威胁、不出事故[8].2　方案设计2.1　信息流设计的基本思路在车辆电子综合系统中,通讯数据总线传输的数据在传输周期上既要满足数据平滑连续性的要求,又要满足与该数据有关的任务计算机的时间限制,这就决定了不同项目的数据传输要有不同的迭代周期.一般把最慢的迭代周期(最小的刷新率)叫大周期,而把最快的迭代周期(最大的刷新率)叫小周期.按大周期和小周期安排传送和交换的信息为同步消息,在一个大周期中对所有的同步消息应起码被传输一次.用预定的固定消息发送命令时,按其传输频率及传输长度组合成若干个命令列表,每个命令列表是同步执行的命令集合.每个命令列表是一个小循环,所有的命令列表构成一个大循环.用于固定刷新命令的操作.系统中若不存在优先级别高的异步命令操作时,需要依次执行其中的命令.一个命令列表代表1553B总线上的一个小传输周期(帧),如图1所示.2.2　功能分析1553B总线信息流设计系统应具有以下功能:¹将输入的数据传输信息进行合理安排,满足1553B总线传输性能要求.º最终结果为命令列表形式,并提供各个命令的相关情况,如终端地址、终端子地址,命令类型(BC-RT,RT-BC,RT-RT).»生成各个终端的数据分布表,即各个子地址应包含哪些数据,以便上层系统分析和刷新数据.¼能处理错误.当输入信息不满足1553B协议要求时,提出警告,并报告错误类型.2.3　实现方法1553B信息流设计系统接收的是1553B消息,对1553B消息进行组合、排序、转换、保存等操作后生成命令列表.其处理流程如图2所示.302北京理工大学学报第23卷　3　算法和数据结构3.1　设计算法和数据结构的原则设计算法和数据结构依据下面的原则:¹所有传输的消息频率须满足1553B 总线所能提供的最大传输频率限制;º命令列表的个数等于所有要求传输消息频率中最大消息频率除以所有要传输消息频率的最大公因子;»要传输的消息占用命令列表的个数等于其传输消息频率除以所有要传输的消息频率的最大公因子;¼组合原则是在单个消息传输长度(最大32个字)允许及源地址和目的地址相同的情况下,首先将同频率的消息进行组合,然后将频率相近的消息进行组合.3.2　算法1553B 是实时性现场总线,强实时领域对网络技术的应用提出了严格的性能要求[9],主要包括确定的传输延迟、可靠的传输能力、强的容错能力、较高的技术成熟度和广泛的验证.所以对信息流设计系统的一些关键算法提出很高的要求.命令保存算法对整个系统是至关重要的.因为该系统将对所有消息根据上述原则进行合理而优化的组合(包括排序、组合、和转换等),最终得到命令列表.如图3所示,命令保存算法首先对输入信息调用命令排序算法按传输频率从大到小进行排序;接着对输入信息进行组合.在单个消息传输长度允许(最大32个字)及源地址和目的地址相同的情况下,首先组合同频率的消息,然后组合频率相近的消息.完成消息组合后置组合完毕标志.组合后根据输入信息的类型(RT-BC,BC-RT ,RT-RT )调用相应算法进行相应的操作并保存.以算法A 为例,首先按传输频率将对应的消息写入命令列表;并对每个命令列表的命令进行计数(存放在CmdCount).调用算法SaveSubData()保存BC,RT 数据项名称.将BC 和RT 子地址数加1,算法结束.3.3　主要数据结构1553B 的命令具有对称性,一个命令具有源地址和目的地址,发送端和接收端的字长,发送端和接收端的设备号,发送端和接收端的子地址.下面是系统中定义的1553B 命令结构.ty pedef struct{unsig ned int R _Wo rdCount :5;∥接收端的字长;unsigned int R _RTSub:5;∥接收端的子地址;unsigned int R _T R:1;∥接收端的设备号;unsigned int R _RTAddr :5;∥接收端的地址;unsigned int T _WordCount:5;∥发送端的字长;unsigned int T _RTSub:5;∥发送端的子地址;unsigned int T _T R :1;∥发送端的设备号;unsigned int T _RTAddr :5;∥发送端的地址;}CM D _STRUCT ;在1553B 命令中,命令具有命令数据名、发送端的命令号和接收端的命令号.ty pedef struct {unsig ned short rcm d;unsigned short tcmd ; char DataName[20];}CM D;一个基本的1553B 命令如下面的联合体所示:ty pedef union{CM D _STRUCT cmd _struct; CM D cm d;}D _1553_BASIC _CM D ;∥基本1553B 命令 1553B 信息流上的命令列表结构如下:ty pedef struct{D _1553_BASIC _CM D scmd [T RS _M AX _M SG ]; int CmdCo unt;∥显示已装入的命令个数}CM D _LIST ;4　结束语1553B 总线信息流设计系统经过设计、编码和303　第3期刘桂山等:1553B 总线信息流设计测试,已经初步完成.使用该系统,能对消息进行正确转换、排序、组合、存储,并提供命令列表.1553B 总线信息流设计系统在总线消息传播、流量控制、差错控制和网络管理等方面起良好的控制作用;保证了车辆电子综合系统的通信质量.深入研究与分析1553B总线对车辆电子综合系统具有重要意义.参考文献:[1]　罗志强.航空电子综合化系统[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990.L uo Zhiqiang.System o f a viat ion electr on[M].Beijing:Beijing U niv ersit y o f Aer onautics andA st ro na ut ics P ress,1990.(in Chinese)[2]　熊华钢.1553B总线通信技术的应用与发展[J].电子技术应用,1997,23(8):14-20.X iong Huag ang.T he applica tio n and development of1553B co mmunicatio n techno lo gy[J].A pplication ofElectro nic T echnolog y,1997,23(8):14-20.(in Chinese)[3]　阮淑芬.1553B总线在机载火控雷达中的设计途径[J].现代雷达,1996,18(3):37-45.Ruan Shufen.T he design w ay of1553B bus in t hemachine fir e-contr ol r adar[J].M odern Radar,1996,18(3):37-45.(in Chinese)[4]　D ouglas E C.M IL ST D1553validation and testfacility[J].IEEE A IA A9t h Co nfer ence-pro ceeding,1990,15(2):23-31.[5]　M ar c R P.M IL-ST D-1553desig ner's g uide[M].NewY or k:IL C Data D evice Cor por atio n,1998.[6]　杨义先.网络信息安全与保密[M].北京:北京邮电大学出版社,2000.Y ang Yixian.N etw or k m essag e security and secr ecy [M].Beijing:Beijing U niver sity of Po sts and T elecommunicatio ns P ress,2000.(in Chinese)[7]　朱三元,杨　明,薛　钫.网络通信软件设计指南[M].北京:清华大学出版社,1994.Zhu Sanyuan,Y ang M ing,X ue F ang.G uideboo k for netwo r k communication softw ar e's desig n[M].Beijing:T singhua U niv ersit y Pr ess,1994.(in Chinese)[8]　鲁士文.计算机网络原理与网络技术[M].北京:机械工业出版社,1996.L u Shiw en.T heo ry and t echnolog y o f co mputer netwo r k[M].Beijing:China M a chine P ress,1996.(in Chinese)[9]　岑贤道,安常青.网络管理协议及应用开发[M].北京:清华大学出版社,1998.Cen Xiandao,A n Chang wo rk m anag ement pr o tocol and application dev elo pment[M].Beijing:T sing hua U niver sity P ress,1998.(in Chinese)(上接第300面)L uo Xishuang,Z hang T ianqiao.A lt itude ar ithmetic alg or ithm for st rapdo w n IN S based o n her mite interpolation[J].T actical M issile T echno lo g y,2002(1):31-33.(in Chinese)[3]　程云龙.防空导弹自动驾驶仪设计[M].北京:宇航出版社,1993.Cheng Y unlo ng.A er ial defense missile autopilotdesig n[M].Beijing:A st ro nautic Publishing House,1993.(in Chinese)[4]　董绪荣,张守信,华仲春.G PS/IN S组合导航定位及其应用[M].长沙:国防科技大学出版社,1998.Dong X ur ong,Zhang Shoux in,Hua Cho ng chun.GP S/IN S combined na vig ation and it's applicatio n[M].Chang sha:N atio nal Defence Science andT echno log y U niv ersit y P ress,1998.(in Chinese) [5]　罗喜霜,张天桥.多用途导弹中末段交班研究[J].弹道学报,2001,13(4):47-50.L uo Xishuang,Zhang T ianqiao.Study of ha ndingov er betw een midco ur se g uidance and t erminal guidance fo r multi-pur po se missiles[J].Jo ur nal of Ballistics,2001,13(4):47-50.(in Chinese)[6]　王建栋.复合制导末制导段起控条件分析[J].弹箭与制导学报,2002,22(1):124-126.Wang Jiando ng.T er minal start ing-up co ndition analy sis fo r combined g uidance[J].Journal of Pr ojectiles,Ro ckets,M issiles and Guidance,2002,22(1):124-126.(in Chinese)[7]　周　明,孙树栋.遗传算法原理及应用[M].北京:国防工业出版社,1999.Zhou M ing,Sun Shudo ng.Genetic alg or ithm's pr inciple and applicat ion[M].Beijing:Na tio nal Defence Industry Pr ess,1999.(in Chinese)[8]　钱杏芳,林瑞雄,赵亚男.导弹飞行力学[M].北京:北京理工大学出版社,2000.Q ian X ingfang,L in R uixiong,Zhao Y ana n.M issile fly ing dy na mic[M].Beijing:Beijing Institute of T echno lo gy Pr ess,2000.(in Chinese)304北京理工大学学报第23卷　。