基于DSP的1553B 總線接口電路設計

安 超，陶忠祥，趙飛翔

（空軍航空大學 作戰指揮系，吉林 長春 130022）

機載火控數據采集技術需要滿足實時采集、實時傳輸、實時存儲以及方便下載的需求,以便于地面人員對獲取信息的處理。這樣可以更好的動態掌握飛機的作戰狀態，提高飛行訓練效果和作戰能力。1553B數據總線作為航空電子綜合系統中信息交流的主干道，使機載數據能在復雜的環境中得以保存、交換。DSP作為高速性能的數據處理芯片，可以實現較高速率的數據采集。FPGA作為高速、復雜的組合邏輯和時序邏輯控制器件，更適合外圍電路的連接，將兩者組合使用，滿足了數據的高速傳輸與存儲。同時，隨著1553B數據總線協議標準的頒布，許多電器件公司開發了能將1553B數據總線與CPU相連接的相應接口芯片。這樣，使得數據在傳輸過程中更加穩定、高速、可靠。本文旨在探討采用DSP與相應接口芯片BU-61864，設計相關電路來實現機載火控數據的采集。

1 1553B數據總線

MIL＿STD＿1553B是軍工定義的數字時分制命令/響應式多路傳輸數據總線[1],采用曼徹斯特Ⅱ編碼，半雙工工作方式，數據傳輸的速率為1Mbps，能掛接31個遠置終端，支持3種終端類型。該標準作為美國國防部武器系統集成和標準化管理的基礎之一，被廣泛應用于飛機綜合航電系統、外掛物管理與集成系統，并逐步擴展到飛行控制等系統及坦克、艦船、航天等領域。我國參照MIL＿STD＿1553B標準，于1987年頒布了相應的軍用標準，即GJB-289A。

MIL＿STD＿1553B定義了連接在總線上的3種類型終端，即總線控制器（BC）、遠程終端（RT）和總線監視器（BM）。

1)總線控制器（Bus Controller簡稱BC）：總線控制器的功能就是控制總線上的數據流收發，數據總線上有很多BC，但是每次只能一個BC工作。而且一些RT也能擔任BC的工作。BC發送命令給RT，接收并確認命令之后，RT給出響應。

2)遠程終端（Remote Terminal簡稱 RT）：RT是一個采用1553B數據總線連接各式各樣子系統的設備，RT接收BC傳送的命令、檢測錯誤并且反饋錯誤，即要對BC作出響應。RT特征如下：

①一條數據總線可以連接多達31個RT。

②每一個RT可以有多達31個子RT。

③RT只有當接收并確認BC的命令之后，才會作出響應，屬于被動式。

3)總線監控（Bus Monitor簡稱 BM）：BM監聽總線上的所有數據傳輸并且記錄指定的消息。他們的連接如圖1所示。

圖1 典型的總線結構Fig.1 Typical bus structure

1553總線上的數據是以串行數字脈沖編碼調制的格式進行傳輸，采用的是曼徹斯特Ⅱ雙相電平碼作為數據的編碼格式。邏輯1電平由1/0編碼組成（即一個正脈沖后面緊跟著一個負脈沖），邏輯0由0/1編碼組成（即一個負脈沖后面緊跟著一個正脈沖）。

1553B總線上的信息是以字的形式傳輸的。包括一個3位的同步位、16位信息位以及一位奇偶校驗位。總線上的字共有3種類型：命令字、數據字、狀態字。他們的具體格式如圖2所示。

圖2 字格式Fig.2 Word format

2 硬件選擇

2.1 TMS320C6713芯片介紹

DSP芯片選用TI公司生產的TMS320C6713[2]，該芯片為TMS320C6000系列DSP平臺上產生的新的浮點型芯片。其有225 MHz的高速運行速度，提供13.5億次/秒浮點運算，18億/秒的指令操作。而且，C6713使用2級緩存的架構以及強大多樣化的外設集：1級程序緩存是一個4 kB的直接映射高速緩存，1級數據高速緩存是一個4 kB的2路組相聯高速緩存。2級內存和緩存有一個256 kB的存儲空間，在程序和數據之間共享。這個256 kB存儲器中64 kB可以配置為寄存器、高速緩存或者兩個的組合，192 kB作為對應的SRAM。可見，C6713應用非常靈活。外設集包括2個多通道緩沖串行端口（McBSPs）,2個內部集成電路（I2C）總線，一個專用通用輸出/輸出（GPIO）模塊。 2 個通用定時器，主機接口（HPI），以及1個能夠與SDRAM、SBSRAM、異步外設無縫連接的外部存儲器接口（EMIF），增強型直接內存訪問（EDMA）控制器（16個獨立通道）。

C6713有著非常好的運算能力、高效的指令集、智能外設、大容量的片內存儲器和大范圍的尋址能力。因此，更適合用于對運算能力和存儲量有較高要求的場合。

2.2 BU-61864芯片介紹

由于本文選用的DSP芯片C6713的I/O電平為3.3 V，為簡化硬件電路設計，選用DDC公司的全3.3 V的1553B協議芯片BU-61864[3]，這樣無需電平轉換，大大提高設計效率和減少相關工作器件。BU-61864芯片內部集成了雙收發器、編/解碼器、協議邏輯、內存管理和中斷控制邏輯，支持BC/RT/MT模式，還提供了一個4kB的內部共享靜態RAM和與處理器總線之間的緩沖接口，并且有可擴展的4K*17bitRAM，兩個1553B收發器芯片。

BU-61864有靈活的接收/存儲器接口，能完全實現1553B協議所規定的消息傳輸外，還具有較強的消息管理能力，能全面兼容1553B協議。其功能結構框圖如圖3所示。

圖3 BU-61864功能結構Fig.3 Functional structure of BU-61864

3 硬件接口電路設計

本系統由DSP主導，1553B協議部分由BU-61864協議芯片完成，外接邏輯電路由FPGA器件完成。其中DSP控制BU-61864的初始化以及消息的讀取和處理。FPGA實現信號的控制和譯碼。而在DSP對BU-61864相關寄存器的控制和配置后，它可以工作在BC、RT或BM等模式下。在本次操作中，因為只需要記錄來自機載火控系統的所有數據，因此只工作在總線監視器模式下即可[4]。

當BU-61864接收到一個消息后，產生一個中斷信號，該中斷信號就會向C6713發送一次中斷申請，C6713響應中斷，并向相關寄存器做出配置。在BU-61864和C6713之間的控制邏輯電路由可編程邏輯芯片FPGA實現[5]。控制邏輯電路包括地址譯碼電路和邏輯控制電路。其中地址譯碼電路功能是對接口芯片所使用的C6713存儲器和BU-61864存儲器進行地址選擇和譯碼；而邏輯控制電路功能是產生BU-61864所需要的控制信號以及提供給C6713中斷信號、握手信號、插入等待信號。所有的數據總線和地址總線，以及控制信號、中斷信號都是由C6713和BU-61864提供給控制邏輯電路。它們的具體電路連接如圖4所示。

4 軟件驅動設計

接口的軟件驅動設計主要應用C語言與匯編語言混合編程方式，這樣有著較好的升級性和高效性[6]。軟件程序目的就是通過上位機的命令來控制接口卡完成系統啟動、自檢、自檢返回、系統停止等工作。在系統啟動后，完成對機載火控數據的讀取和采集。軟件驅動的主要功能是要完成C6713和BU-61864的初始化和中斷服務程序，控制RAM空間的自檢、與上位機的通信、中斷響應、總線數據的讀取發送。驅動程序的結構框圖如圖5所示。

圖4 硬件接口電路框圖Fig.4 The block diagram of the hardware interface circuit

圖5 驅動程序Fig.5 Driver program

4.1 芯片的初始化

本文最終將用于機載火控數據的采集工作，1553B總線接口卡主要是工作在MT模式下，記錄來自機載火控系統的飛行數據，為后期的數據記錄、數據分析做好準備。

1)對BU-61864的初始化

在MT模式下，要完成對BU-61864的初始化設置包括初始化相應寄存器，設置中斷屏蔽，使其能正確實現MT功能[7]。對BU-61864的初始化有非常嚴格的順序，順序不對可能引起芯片初始化失敗，有關寄存器的配置順序如下：

①首先進行軟件復位，即將開始/復位寄存器設置為0X0001，使BU-61864進入復位。

②配置寄存器3，使其為0X8000，進入增強模式。

③中斷屏蔽寄存器設置成0X0001，使能消息完成中斷。

④初始化地址查找表、非法指令表、子地址寄存器等。

⑤配置寄存器1設置為0X5000，BU-61864進入消息監測模式。

⑥配置寄存器2設置成0X0008，使中斷方式為低電平中斷。

⑦將開始/復位寄存器配置成0X0002，來啟動BU-61864的MT模式。

BU-61864初始化流程圖如圖6所示。

2)對C6713的初始化

對C6713的初始化也是設置相關寄存器，但是它的主要是有關寄存器的中斷和串口設置。包括：中斷屏蔽寄存器（IMR）、中斷使能寄存器（IER）、中斷標志寄存器（IFR）、中斷控制寄存器（ICR），波特率設置寄存器（SCIBAUD）等。同時，C6713還要根據選擇來決定通過C語言程序還是EMDA搬移數據，據此初始化相應寄存器。若用C語言編寫，需要使能EINT4中斷。若用EMDA，可以不需要CPU參與，減輕工作壓力，那么初始化內容有：使能全局中斷、使能EMDA完成中斷、對讀通道事件寄存器清零、對讀寫通道的CIPR清零、使能讀寫通道的通道中斷使能寄存器。

圖6 BU-61864初始化流程圖Fig.6 The flow chart of BU-61864 initialization

4.2 自檢任務描述

自檢模塊的主要任務就是完成對BU-61864的4kbRAM空間的檢查，檢測RAM空間是否出現錯誤[8]。具體的操作方法可以向RAM內存空間寫人連續的數據，然后讀出來，與原數據進行比較看是否相等，如果是不相等的，那么表示有錯。最后將記錄下的所有的錯誤數通過串行口發送給上位機。

4.3 查詢任務描述

在數據查詢模塊中，通過查詢“讀總線數據標志位”來進行1553B總線數據的接收、轉發和上位機命令的讀取。若“讀總線數據標志位”的查詢結果有效，C6713就從BU-61864命令堆棧相應的地址處對4個地址單元的內容進行依次讀取。4個地址單元的內容分別為數據塊狀態字、時間標志字、數據塊指針和接收到的命令字。然后根據命令字和數據塊指針到數據堆棧讀取總線數據，最后將接收到的總線上的數據轉發出去。通過查詢“讀串口數據命令標志位”是否有效來進行接收上位機的命令，根據命令實現相應功能。

為了確保與上位機握手的可靠性，在查詢程序中設置一個數據緩沖區。并且在查詢程序中判斷緩沖區中的數據，看收到的命令是否是一幀完整的命令。若是，則根據不同的命令設置系統的啟動、停止、自檢等相應標志，并將緩沖區中的數據依次向前移動一幀，數據指針也向前移動一幀。

5 結束語

機載火控數據采集記錄逐漸向高速、高效、大容量存儲的方向發展。DSP芯片的出現和發展以其出色的運算能力、高效的指令集、智能外設、大容量的片內存儲器和大范圍的尋址能力使得機載火控數據采集向著更好的方向發展。

本文對1553B數據總線協議進行了詳細介紹，結合C6713的性能特點，通過與協議芯片BU-61864的硬件接口和軟件設計，實現了與1553B數據總線接口的MT設計。本文用途明確，將為機載火控數據的采集記錄有著實用價值。控制，根據環境明暗程度、開關燈時間、過往行人情況綜合處理，控制LED路燈的亮滅方式，進行優化管理，節省能源，使系統能穩定有效地運行。防止蓄電池過度充放電，更好地保護了蓄電池，延長了整個太陽能路燈系統的使用年限。因而，本文設計的太陽能LED路系統具有較高的實用價值，對太陽能路燈的推廣起到了促進作用，是有益的嘗試。

[1]曹瑩.基于Atmega48太陽能路燈控制器研究[J].電子設計工程，2012，20（22）：179-182.CAO Ying.Atmega48 solar street lamp controller based research [J].Electronic Design Engineering,2012，20（22）：179-182.

[2]李余興，馬建倉，葉祥.太陽能LED路燈的研制[J].電子設計工程，2012，20（1）：113-115.LI Yu-xing,MA Jian-cang,YE Xiang.The development of solar LED street light [J].Electronic Design Engineering,2012，20（1）：113-115.

[3]徐曼珍.閥控式密封蓄電池及其在通信中的應用[M].北京：人民郵電出版版社,1998.

[4]丁偉.太陽能發電自動跟蹤控制系統研究與實現[D].南京：南京航空航天大學，2010.

[5]周杏鵬.傳感器與檢測技術[M].北京：清華大學出版社2010.[6]蔡振江.單片機原理及應用[M].北京：電子工業出版社,2011.