基于SOC芯片的1553B遠(yuǎn)程終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李禮 牟明 劉飛飛

[摘 要]本文介紹了1553B總線技術(shù)的特點(diǎn)，簡(jiǎn)要說明了1553B總線通信系統(tǒng)的組成，詳細(xì)介紹了基于SOC芯片的遠(yuǎn)程終端的硬件及軟件設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)已在某機(jī)載有效載荷中成功應(yīng)用，對(duì)機(jī)載1553B總線遠(yuǎn)程終端設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)和參考意義。

[關(guān)鍵詞]SOC芯片；1553B；通信表

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1553B總線以其傳輸?shù)母呖煽啃浴⑹褂煤?jiǎn)單靈活的特點(diǎn)，已經(jīng)逐步從飛行控制等系統(tǒng)擴(kuò)展到坦克、艦船、航天等領(lǐng)域，目前已廣泛應(yīng)用于海、陸、空三軍，具有一網(wǎng)蓋三軍之稱。中國(guó)在20世紀(jì)80年代初就開始了1553B總線的技術(shù)研究，近年來，1553B總線已經(jīng)成為中國(guó)現(xiàn)役空中力量最主要的先進(jìn)航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，并且在艦載和車載領(lǐng)域，為提高坦克和軍艦等武器的技術(shù)水平發(fā)揮了重要作用。文中介紹了1553B總線技術(shù)的特點(diǎn)，簡(jiǎn)要說明了1553B總線通信系統(tǒng)的組成，詳細(xì)介紹了基于SOC芯片的遠(yuǎn)程終端的設(shè)計(jì)。

1 1553B總線協(xié)議簡(jiǎn)介

1553B總線的全稱是“飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”，傳輸速率為1Mbps，采用冗余的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有非常好的時(shí)鐘同步和高可靠數(shù)據(jù)傳輸能力。從通信系統(tǒng)的角度看，1553B有3種終端：一個(gè)總線控制器（BC）來管理和控制總線上的信息傳輸；一個(gè)總線監(jiān)視器（MT）來接收總線上的信息用于總線的測(cè)試；其余的都是遠(yuǎn)程終端（RT）。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 1553B總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該數(shù)據(jù)總線以幀為傳輸單位，每幀包含若干字。由BC 發(fā)起總線上的數(shù)據(jù)傳輸，只有當(dāng)BC 向某RT 發(fā)出總線指令后，該RT才能參與數(shù)據(jù)傳輸。總線指令分為發(fā)送指令、接收指令和方式指令，這些指令分別用來命令某RT 發(fā)送、接收、或執(zhí)行由方式指令指定的某個(gè)動(dòng)作。BC 根據(jù)RT 應(yīng)答的狀態(tài)字來檢驗(yàn)傳輸是否成功。

1553B 協(xié)議規(guī)定三種字，分別是命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字，字長(zhǎng)固定為20位，字分為三部分：同步頭（3個(gè)比特位）、消息塊（16 個(gè)比特位）和奇校驗(yàn)位（1 個(gè)比特位），其中消息塊和奇校驗(yàn)位采用曼徹斯特二型編碼。

2 設(shè)計(jì)原理

在整個(gè)1553B系統(tǒng)中，RT一方面從1553B總線上接收數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)存放在接收緩沖區(qū)，子系統(tǒng)應(yīng)用軟件通過調(diào)用API接口函數(shù)獲取總線接收到的新數(shù)據(jù)；另一方面，子系統(tǒng)應(yīng)用軟件通過API接口函數(shù)將需要發(fā)送到1553B總線的數(shù)據(jù)存放在RT發(fā)送緩沖區(qū)，RT在接收到總線命令時(shí)將該數(shù)據(jù)發(fā)送到1553B總線上。

3 硬件平臺(tái)

31 SoC1553B芯片

SoC1553B芯片HKS1553BCRT是一款集智能化、通用化、小型化和低功耗為一體的國(guó)產(chǎn)1553B通信處理芯片。該芯片采用SOC架構(gòu)，集成了ARM7TDMI微處理器、1553B協(xié)議處理器、外部總線控制器（EBC）、雙口存儲(chǔ)器（DPRAM）、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）、看門狗（WDT）、時(shí)間間隔計(jì)時(shí)器（DT）、串口控制器（UART）及中斷控制器功能的片上系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)1553B總線接口功能。它主要承擔(dān)著傳輸層任務(wù)，包括控制1553B協(xié)議處理器，實(shí)現(xiàn)ISBC協(xié)議，處理通信錯(cuò)誤，響應(yīng)子系統(tǒng)主機(jī)命令進(jìn)行服務(wù)等功能。

32 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1553B模塊是一智能化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化的1553B總線通信處理器。硬件主要包括以下功能模塊：SoC1553B芯片；存儲(chǔ)器；時(shí)鐘電路；電源轉(zhuǎn)換電路；復(fù)位電路；串行接口；1553B總線收發(fā)電路；主機(jī)接口電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 1553B模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 軟件設(shè)計(jì)

1553B模塊通信軟件由傳輸軟件和驅(qū)動(dòng)軟件組成，是實(shí)現(xiàn)1553B總線通信和網(wǎng)絡(luò)管理的專用軟件。其中，傳輸軟件控制系統(tǒng)多路傳輸數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳輸，其任務(wù)包括信息處理、WDT時(shí)鐘管理、系統(tǒng)時(shí)鐘同步以及子系統(tǒng)故障等處理功能；驅(qū)動(dòng)軟件實(shí)現(xiàn)1553B模塊與子系統(tǒng)主機(jī)應(yīng)用軟件間的接口控制與數(shù)據(jù)傳遞，它可提供各類消息數(shù)據(jù)的讀、寫支持，RTC計(jì)時(shí)器的讀寫操作，1553B模塊狀態(tài)的報(bào)告等處理功能，除此之外，1553B模塊通信軟件的另一重要功能是對(duì)1553B總線通信過程中的某些特殊消息如緊急消息、WDT時(shí)鐘以及BIT故障信息以中斷的形式上報(bào)給子系統(tǒng)主機(jī)，并對(duì)上報(bào)的中斷中斷原因做必要的分析和處理。

1553B軟件與子系統(tǒng)應(yīng)用層軟件之間的調(diào)用關(guān)系如圖3所示，圖中虛線部分為1553B模塊通信軟件。

圖3 1553B模塊通信軟件與子系統(tǒng)主機(jī)應(yīng)用軟件的調(diào)用關(guān)系

41 傳輸軟件

傳輸層軟件是1553B模塊通信軟件的一部分，駐留在FLASH中。傳輸層軟件由以下部分組成：消息處理；故障處理；控制程序。

42 驅(qū)動(dòng)軟件

驅(qū)動(dòng)軟件是宿主機(jī)應(yīng)用軟件與1553B模塊之間傳遞信息的媒介，提供了多種消息讀、消息寫、控制程序和時(shí)鐘控制程序。另外，驅(qū)動(dòng)軟件還負(fù)責(zé)處理來自1553B模塊的中斷請(qǐng)求，包括解釋中斷碼并報(bào)告給應(yīng)用軟件。

驅(qū)動(dòng)程序可分為四類：狀態(tài)控制程序；系統(tǒng)控制程序；時(shí)鐘控制程序；消息控制程序。

當(dāng)任何驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，將返回一個(gè)終止碼（INCODE）給應(yīng)用層。如果程序服務(wù)成功，將返回零值；否則將根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)程序和出錯(cuò)類型返回小于零值。

5 通信表結(jié)構(gòu)

通信表是應(yīng)用程序與1553B模塊之間的接口文件，定義了出入RT的各類消息的物理塊名、邏輯名、終端子地址、消息功能及總線屬性等相關(guān)信息之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通信表包括輸入通信表和輸出通信表。它的第一個(gè)字為通信表長(zhǎng)度，其后每?jī)蓚€(gè)字為一條記錄，按邏輯消息號(hào)順序排列。其中OWR=1（bit4）表示數(shù)據(jù)不允許重寫；INT=1（bit3）表示緊急消息；ROL=1（bit2）表示此消息BC模式下使用，ROL=0表示此消息RT模式下使用；CHA=01（bit1，bit0）表示總線B，CHA=00表示總線A。

RT地址定義了該子系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)中分配的遠(yuǎn)程終端號(hào)，該號(hào)是唯一確定的。

子系統(tǒng)主機(jī)應(yīng)用軟件按邏輯消息號(hào)讀或?qū)懴鄳?yīng)的消息，1553B驅(qū)動(dòng)軟件根據(jù)通信表中邏輯號(hào)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)消息的讀或?qū)憽］斎搿⑤敵鐾ㄐ疟砗蚏T地址由子系統(tǒng)主機(jī)應(yīng)用軟件提供。

6 結(jié) 論

本文基于SOC芯片的1553B總線遠(yuǎn)程終端設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了HKS1553BCRT芯片內(nèi)部資源豐富、接口簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，內(nèi)嵌ARM7TDMI微處理器的具有計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，滿足了有效載荷的高速數(shù)據(jù)采集、處理需求。該設(shè)計(jì)已在某機(jī)載有效載荷中成功應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有開發(fā)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，可應(yīng)用于各類機(jī)載1553B總線遠(yuǎn)程終端的設(shè)計(jì)。

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