陜西凌云電器總公司設(shè)計(jì)所 高峰
摘要：給出了基于BU-61580的MIL-STD-1553B遠(yuǎn)程終端設(shè)計(jì)思路和方法。
關(guān)鍵詞：BU-61580；MIL-STD-1553B；RT；MSC1210Y5
MIL-STD-1553B總線
MIL-STD-1553B總線(以下簡(jiǎn)稱1553B總線)是美國(guó)定義的一種軍用串行總線標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)為GJB289A-97,全稱《數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線》，它規(guī)定了數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線及其接口電子設(shè)備的技術(shù)要求，同時(shí)規(guī)定了多路傳輸數(shù)據(jù)總線的工作原理和總線上的信息流及要采用的電氣和功能格式。
1553B總線網(wǎng)絡(luò)由終端、子系統(tǒng)和總線傳輸介質(zhì)組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。終端是使數(shù)據(jù)總線與子系統(tǒng)相連接的電子組件。子系統(tǒng)為從多路數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的裝置或功能單元。總線控制器(BC)是總線系統(tǒng)組織信息傳輸?shù)慕K端。總線監(jiān)控器(BM)是總線系統(tǒng)中指定作接收且記錄總線上傳輸?shù)男畔⒉⒂羞x擇地提取信息以備后用的終端。遠(yuǎn)程終端(RT)是總線系統(tǒng)中不作為總線控制器或總線監(jiān)控器的所有終端。
圖1 典型雙余度1553B總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
1553B總線的傳輸速度是1Mb/s,采用曼切斯特Ⅱ型編碼，半雙工工作方式。1553B總線有10種消息格式，每個(gè)消息至少包含兩個(gè)字，每個(gè)字包含有16個(gè)信息位、一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和3個(gè)位長(zhǎng)的同步頭，適用于變壓器耦合的曼切斯特II型編碼的通過雙絞線可靠傳輸?shù)拈L(zhǎng)度可以超過30米。
1553B通信系統(tǒng)可分為應(yīng)用層、驅(qū)動(dòng)層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。應(yīng)用層和驅(qū)動(dòng)層在子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層均在1553B總線通信接口(MBI)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于RT來說，根據(jù)和BC之間的通訊表決定RT在總線中的地址，按照接口控制文件(ICD)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的應(yīng)用層軟件完成和MBI卡的通訊接口。
BU-61580
目前在機(jī)載設(shè)備RT的設(shè)計(jì)中，廣泛使用了MBI卡，國(guó)內(nèi)外MBI卡普遍使用了美國(guó)DDC公司的1553B總線協(xié)議芯片BU-61580,該協(xié)議芯片包含微處理器和1553B總線之間完備的接口，集BC、RT、BM三種工作模式為一身，封裝為70引腳的DIP,傳輸時(shí)使用1.41:1的變壓器。BU-61580內(nèi)部集成了雙收發(fā)器邏輯、編解碼器、協(xié)議邏輯、內(nèi)存管理和中斷控制邏輯，還提供了一個(gè)4K字(16bit)的內(nèi)部共享靜態(tài)RAM和與處理器總線之間的緩沖接口,BU-61580的軟件接口包括17個(gè)內(nèi)部操作寄存器、8個(gè)測(cè)試寄存器以及64K字的共享存貯器地址空間。
目前機(jī)載MBI卡一般使用BU-61580完成傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的接口，MBI卡中控制邏輯及數(shù)據(jù)傳輸利用一片MCU實(shí)現(xiàn)，MBI卡和機(jī)載設(shè)備之間的接口一般為串口，MBI卡的生產(chǎn)廠家利用特定的機(jī)載設(shè)備的通訊表和接口控制文件(ICD)為機(jī)載設(shè)備定制MBI卡，同時(shí)提供串口驅(qū)動(dòng)程序和編寫串口通訊協(xié)議，機(jī)載設(shè)備利用串口驅(qū)動(dòng)程序和串口通訊協(xié)議完成數(shù)據(jù)的交換。
處理器MSC1210Y5與BU-61580的硬件接口
MSC1210Y5是德州儀器公司的基于8051內(nèi)核的高性能系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，具有兩個(gè)串口，支持在系統(tǒng)編程，內(nèi)部有32K的FLASH。本設(shè)計(jì)利用BU-61580支持8位處理器的特點(diǎn)，利用MSC1210Y5的總線接口和16位的BU-61580完成數(shù)據(jù)的交換，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送由INT外中斷完成，內(nèi)部數(shù)據(jù)交換通過串口1與系統(tǒng)內(nèi)部單片機(jī)完成。為了便于在飛機(jī)上對(duì)軟件升級(jí)，MSC1210Y5的串口0通過RS-232電平驅(qū)動(dòng)后，用于程序的下載。電路框圖示于圖2。
圖2 處理器MSC1210Y5與BU-61580的接口
圖2中，MSC1210Y5與BU-61580為8位總線接口，61580的“16/8_BIT”、“BUFFED”、“POLAR”接為低；使用了0等待控制，“ZW”接為低；使用了BU-61580內(nèi)部的RAM，“TRIGG”接為低；不使用外部時(shí)鐘標(biāo)簽，“TAGCLK”接為低。
遠(yuǎn)程終端的地址“RTAD0_RTAD4”可構(gòu)成25個(gè)遠(yuǎn)程終端地址，使用中連同奇偶校驗(yàn)設(shè)置位“RTADP”用撥碼開關(guān)連接，便于更改RT的設(shè)計(jì)。
注意圖2中單片機(jī)的“P0”端口和“P2”端口與BU-61580的接口關(guān)系，由于處理器是8位，而且處理器的數(shù)據(jù)端口與地址端口是復(fù)用的，所以連接關(guān)系較為復(fù)雜。
譯碼采用兩個(gè)與門完成。其中一個(gè)與門將“P2.6”和“P2.7”的信號(hào)通過與邏輯后與“SELECT”相接，“WR”和“RD"通過與邏輯后與“STRBD”相接用于選擇BU-61580。“P2.5”端口與“MEM/REG”相接用于選擇BU-61580內(nèi)部寄存器或存儲(chǔ)器。單片機(jī)的地址鎖存信號(hào)“ALE”與“ADDR_LAT”相連，提供數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)。選取12MHz晶振同時(shí)為單片機(jī)和BU-61580提供時(shí)鐘信號(hào)。
從圖2中可以看出雙絞線、變壓器、BU-61580構(gòu)成了1553B通信系統(tǒng)的傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，單片機(jī)MSC1210Y5和BU-61580的接口及其單片機(jī)軟件構(gòu)成了應(yīng)用層、驅(qū)動(dòng)層；作為一個(gè)RT,當(dāng)接收BC命令后，通過串口1將命令發(fā)送給系統(tǒng)內(nèi)的單片機(jī)，按控制系統(tǒng)的要求工作，同時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)通過串口1傳送出來，放到總線上已備BC使用。這樣就完成了RT和BC之間的通訊。
用BU-61580設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程終端的流程
BU-61580的復(fù)位及初始化
使用1553B協(xié)議芯片BU-61580最主要的工作是初始化，初始化包括初始化寄存器，初始化存儲(chǔ)器等。電路上電后，單片機(jī)首先將復(fù)位引腳P1.5置低，復(fù)位BU-61580,延時(shí)后再置高，完成軟件復(fù)位的過程。
對(duì)于RT編程，首先初始化相應(yīng)的寄存器，然后設(shè)置非法指令區(qū)、初始化相應(yīng)子地址的查詢表及子地址控制字，此時(shí)應(yīng)該設(shè)置“忙”位，設(shè)置配置寄存器使設(shè)備處于RT模式。當(dāng)通過串口1接收的數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)開機(jī)自檢結(jié)束后，將“忙”位清零，此后該設(shè)備就處于在線，只要BC發(fā)送一條消息命令與該設(shè)備相關(guān)，那么該設(shè)備就會(huì)做出反映。
BU-61580的數(shù)據(jù)發(fā)送過程
BU-61580發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將對(duì)應(yīng)的子地址的數(shù)據(jù)字送到初始化設(shè)定的查詢表地址中，同時(shí)將該子地址對(duì)應(yīng)的矢量字置為“1”，表明RT的數(shù)據(jù)已有更新。因?yàn)樽拥刂房刂谱治辉O(shè)置了發(fā)送和接收產(chǎn)生中斷，所以在中斷處理程序中，當(dāng)命令字與發(fā)送子地址相同時(shí)，表明BU-61580已將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到1553B網(wǎng)絡(luò)中，此時(shí)，在中斷服務(wù)程序中將該發(fā)送子地址的矢量字清“0”。BC周期性的查詢矢量字，只有對(duì)應(yīng)子地址的矢量字為“1”，BC才從RT中將數(shù)據(jù)取走。矢量字更新機(jī)制是1553B最有特色的地方。
BU-61580的數(shù)據(jù)接收過程
當(dāng)總線上傳輸從BC到RT的命令時(shí)，若系統(tǒng)設(shè)置為合法指令，則產(chǎn)生接收中斷，接收中斷中判斷命令字是否符合ICD接口控制文件，若符合則在中斷程序中設(shè)置接收標(biāo)志位為“1”。主程序中判斷此接收標(biāo)志為“1”后，將此標(biāo)志清“0”，同時(shí)將BC發(fā)送的數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)中取出，按ICD接口控制文件的要求處理。
機(jī)內(nèi)串行通訊的實(shí)現(xiàn)
單片機(jī)MSC1210Y5和BU-61580完成了1553B數(shù)據(jù)的通訊接口任務(wù)，而1553B通訊的最終暢通還需系統(tǒng)的配合。本RT設(shè)計(jì)中，串口1擔(dān)當(dāng)了此任務(wù)。串口1的發(fā)送程序?qū)⑾到y(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)發(fā)送出去，串口1的接收程序負(fù)責(zé)將BC的控制命令接收進(jìn)來。這種異步收/發(fā)過程，完成了內(nèi)外數(shù)據(jù)的交換。
結(jié)語(yǔ)
按照本文介紹的方法已成功實(shí)現(xiàn)BU-61580的MIL-STD-1553B遠(yuǎn)程終端設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的機(jī)載設(shè)備已在DSI(動(dòng)態(tài)激勵(lì)器)上與BC完成綜合，并試飛成功，批量裝備現(xiàn)役飛機(jī),效果良好。
參考文獻(xiàn)：
1.數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線GJB289A-97,中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn).
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