基于LHB155304的高速1553B 總線RT 設計與實現

甄國涌， 關瑞云， 武慧軍

（中北大學儀器與電子學院，太原030051）

0 引 言

1553B總線是一種指令／響應式串行總線標準。在國內已得到廣泛應用。1553B總線抗干擾能力強、實時性好，且采用雙冗余備份設計，能夠顯著提高數據傳輸的可靠性［1］。近年來，隨著航空綜合電子系統性能需求的不斷提高，國際上掀起了高速1553總線研究的高潮，其目的是在現有的物理傳輸方式下突破1553B 總線1 Mbit／s的傳輸速率［2］。我國高速1553B總線控制器LHB155304，在不改變其原有傳輸方式、網絡結構及傳輸協議的情況下，傳輸速率可達4 Mbit／s［3］。高性能浮點DSP TMS320C6713是專為高性能、數字密集型電力電子控制而設計的，與LHB155304總線控制器直接通信的方式提高了數據傳輸的效率和可靠性，LHB155304工作電平為3．3 V，相較BU-61580而言，與DSP通信無須電平轉換，使設計過程更為簡單，也降低了設計的復雜程度和設備體積。

1 LHB155304工作原理

LHB155304采用了和BU-61580全兼容的軟件界面，相對于BU-61580而言，LHB155304提供了更加靈活高效的主機接口方式，增大了內部存儲器空間，不僅可以實現BU-61580支持的接口方式，還具有主機訪問等待時間更短的特點。LHB155304內部有16 Kbyte的共享存儲器。通過獨特的設計技術，LHB155304的主機接口和內部協議接口對共享存儲器的訪問不會發生沖突，主機任何時候都能訪問總線［5］。

LHB155304是一款4 Mbit／s 1553總線控制器混合電路，集成了時鐘與復位管理單元、雙曼徹斯特Ⅱ型編譯碼器單元、BC／RT／MT多協議處理單元、存儲管理單元、中斷管理單元、主機接口單元和16 Kbyte×16 bit的雙端口存儲器單元，完整實現了1553B協議中規定的總線控制器（Bus Controller，BC）、遠程終端（Remote Terminal，RT）、總線監視器（Bus Monitor，MT），可實現具有雙冗余總線通道的4 Mbit／s1553總線通信。

1553B總線上的信息是以消息的形式調制成曼徹斯特碼進行傳輸的，每條消息最長由32個字組成，所有的字分為3類：命令字、數據字和狀態字［6］。LHB155304的1553B總線特性見表1。

表1 1553B數據總線特性

2 1553B總線接口硬件電路設計

LHB155304總線控制器（ACE）通過不同的硬件配置工作于不同模式。8／16 bit緩沖零等待／非零等待是最常用的工作模式。每種模式的硬件設計、軟件讀寫訪問時序各不相同。LHB155304靈活的處理器接口允許其直接連接32bitDSP處理器TMS320C6713，文中給出了LHB155304的16 bit緩沖非零等待模式的硬件設計。TMS320C6713與LHB155304的硬件連接圖如圖1所示。

圖1 DSP與LHB155304硬件連接原理圖

由圖1可見，DSP通過SELECTn、STRBDn、MEM＿REGn、RD＿WRn信號啟動對LHB155304的內部寄存器或存儲器的訪問，要存取內部寄存器或存儲器SELECTn必須為低電平，STRBDn信號與SELECTn相連控制著訪問周期的長度［7］。使用6713的GPI／O（通用輸入輸出）對MEM＿REGn信號進行控制，訪問存儲器時MEM＿REGn為高電平，訪問寄存器時MEM＿REGn為低電平。POLARITY＿SEL用來選擇RD／WRn的極性，當POLARITY＿SEL 接邏輯‘1’時，RD／WRn 低電平為寫，高電平為讀；當POLARITY＿SEL接邏輯‘0’時，RD／WRn高電平為寫，低電平為讀。將LHB155304的RAM地址與TMS320C6713的CE3地址空間（0xB0000000-0XBFFFFFFF）映射，地址線A［11：0］與6713 地址線A［13：2］相連進行地址譯碼，數據線D［15：0］與6713 數據線D［15：0］相連進行數據讀寫，圖中RT地址的配置通過外接上／下拉電阻設置，如RT地址為22，即RTAD4-RTAD0＝10110，1的個數為奇數，則RTADP＝0。LHB155304的READYn信號低有效，讀操作時，READYn為低表示D15-D00上的數據已經準備好，寫操作時，READYn為低表示數據已寫入寄存器或數據存儲器。

LHB155304讀寫時序如圖2所示。

圖2 LHB155304讀寫時序

LHB155304進行寫操作時，在SELECTn和STRBDn同時為低的第1個時鐘上升沿鎖存WE信號，在第2個時鐘下降沿鎖存地址和數據，根據DSP的EMIF接口時序（見圖3），第1條波形為CE信號，第3條線為鎖存數據，數據在鎖存時并未達到穩定，導致鎖存出錯，故將SELECTn信號對地接1 nF電容，與10 kΩ電阻組成RC延時電路，延時時間T＝－RCln（（E －V）／E）≈33 ns，其中E ＝5 V 為串聯電阻和電容之間的電壓，V＝1．2 V為電容間要達到的電壓，延時33 ns等待數據穩定后進行鎖存，保證數據讀寫的可靠性，延時后波形如圖4所示。

圖3 未加延時時序波形

3 1553B軟件設計

3.1 LHB155304 RT模式的實現

圖4 增加延時時序波形

配置和設置17個內部操作寄存器是軟件接口設計的關鍵，對1553B數據通信具有重要意義［8］。設計中將LHB155304配置為RT模式，1553B通信由BC控制，BC發送包含特定RT地址的命令字，以便在總線上發送或接收數據。消息傳輸BC到RT時，如圖5指令字傳輸格式中T／R bit設置為邏輯‘0’，RT接收指定個數的數據字并返回狀態字，RT到BC進行傳輸時，T／R位設置為邏輯‘1’，RT傳輸一個狀態字，并在其后傳輸數據字［9］。

圖5 1553B總線字格式

LHB155304在RT模式下的工作流程如圖6所示。

圖6 LHB155304 RT模式工作過程

首先初始化配置LHB155304為RT工作模式，LHB155304作為RT遠程終端的配置過程見表2。等待BC發送的命令字，判斷命令字中的T／R位，T／R＝1則根據指令字中的RT子地址發送相應的Data Block中的數據；T／R＝0則將接收到的數據存儲到堆棧中，在發送／接收動作完成后發出RT狀態字并等待下一BC指令字，在接收數據的動作完成后，向CPU發出中斷請求，請求CPU處理接收到的數據［10］。

表2 LHB15504 RT初始化配置流程

3.2 中斷的實現

DSP主程序通過中斷方式處理1553B數據。通過總線協議芯片LHB155304向DSP發送中斷，DSP通過共享的4 KB RAM接收數據。DSP在RAM中傳輸接收到的數據并將其存儲。將DSP接收到的數據傳輸到命令變量中，進行實時的數字控制回路處理［11-12］。

1553B使用DSP的外部中斷INT5，LHB155304為下降沿中斷［14］，TMS320C6713中斷服務程序如下：

Interrupt void RT＿1553（void）

｛

Receive＿RT（）；／／LHB155304 作為RT 中斷接收數據

｝

在進入中斷服務程序前需先進行中斷初始化［12-15］，初始化函數如下：

voidinterrupt＿init（）

｛

*（volatile short*）0x019C0008＝0x0002

／／EXTPOL寄存器配置1553中斷下降沿

IRQ＿setVecs（vectors）；／／指向定義的中斷向量表

IRQ＿map（IRQ＿EVT＿EXTINT5，5）；

／／映射事件到指定的物理中斷號

IRQ＿clear（IRQ＿EVT＿EXTINT5）；

IRQ＿enable（IRQ＿EVT＿EXTINT5）；／／中斷使能

IRQ＿globalEnable（）；

IRQ＿nmiEnable（）；

｝

4 性能測試與驗證

通過DSP芯片TMS320C6713對LHB155304寄存器與存儲器的讀寫操作進行了測試，向LHB155304存儲器地址空間0x0000開始寫入自減數，將寫入數據讀出，對第2節中CE信號增加延時前后分別進行了讀寫測試，觀察測試結果。

如圖7所示，CE信號未加延時讀寫數據出現誤碼。

圖7 CE信號未加延時讀出數據

如圖8所示，CE信號增加延時后讀寫數據正確。

圖8 CE信號增加加延時后讀出數據

對LHB155304的讀寫測試成功后，利用上位機軟件配置為4 Mbit／s BC工作模式，對LHB155304 RT模式下的工作狀態進行了測試，BC發送一條自檢測試指令“0x5C03”，該指令字表示RT地址為11，RT作為接收端，發送子地址為15，方式指令為“00111”，LHB155304作為RT接收到該消息，若自檢成功則將“0xAAAA”寫入發送子地址15返回給BC，如圖9所示返回指令正確，表明該1553B通信接口在4 Mbit／s傳輸速率下工作正常。

圖9 BC讀取RT發送的消息

5 結 語

本文將DSP強大的數據處理能力與1553B總線分布式處理、集中控制和實時響應的特點相結合［16］，具有系統集成度高、處理速度快及通用性強的特點，利用DSP EMIF接口直接控制LHB155304總線控制器實現1553B通信，簡化了設計過程，降低了設計難度，同時LHB155304總線控制器傳輸速率達到了4 Mbit／s，突破了目前1553B總線1 Mbit／s傳輸速率的局限性，通過對EMIF接口與LHB155304總線控制器的讀寫時序匹配，實現了該1553B接口的高速讀寫，經過后期測試表明，文中設計的1553B通信接口傳輸速率快，實時性好，通用性強，可用于諸多1553B通信的系統中。