典型的1553B總線反求方法探討

夏志飛 趙雷

摘 要：1553B總線廣泛應(yīng)用于軍用系統(tǒng)中，接口控制文件（ICD） 規(guī)定了上層協(xié)議，是通信協(xié)議反求的重點(diǎn)。本文通過分析1553B總線的特點(diǎn)，構(gòu)建反求環(huán)境，采集、分析消息數(shù)據(jù)，整理、猜測(cè)字位關(guān)系和消息傳輸機(jī)制，設(shè)計(jì)模擬軟件和測(cè)試軟件進(jìn)行驗(yàn)證，探索出了一條行之有效的道路，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：1553B；接口控制文件；反求

Keywords：1553B；ICD；reverse

1553B總線的全稱是數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線[1]，廣泛應(yīng)用于軍用系統(tǒng)中。1553B標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了底層協(xié)議，接口控制文件（ICD）規(guī)定了上層協(xié)議，包括接口信號(hào)的功能、技術(shù)特性及使用說明[2]，是1553B總線通信協(xié)議的重點(diǎn)。在航空維修中，反求1553B總線通信協(xié)議便于機(jī)載設(shè)備的深度修理以及地面檢測(cè)設(shè)備的研制。

1 反求環(huán)境構(gòu)建

1553B總線ICD從多個(gè)層次描述了1553B通信接口，包括選用的消息類型、消息中的字位關(guān)系、消息傳輸組織邏輯等。1553B總線網(wǎng)絡(luò)中，總線控制器（BC）組織信息的傳輸，總線監(jiān)控器（BM）監(jiān)控信息，遠(yuǎn)程終端（RT）是其他不作為BC或BM的終端，在BC的控制下收發(fā)數(shù)據(jù)。某型飛機(jī)采用分級(jí)傳輸機(jī)制（見圖1），顯控處理機(jī)是航電系統(tǒng)一級(jí)總線的BC，下屬子系統(tǒng)都是其RT，同時(shí)也是子系統(tǒng)二級(jí)總線的BC。1553B總線上的信息由10種類型的消息組成，每條消息由3種類型的字構(gòu)成，指令字和狀態(tài)字主要用于識(shí)別和管理，有效數(shù)據(jù)一般位于數(shù)據(jù)字中。一級(jí)總線傳輸?shù)膮?shù)相對(duì)較多，消息中第一個(gè)數(shù)據(jù)字定義為塊號(hào)，參數(shù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)塊—信號(hào)字—字段，二級(jí)總線傳輸?shù)膮?shù)相對(duì)較少，參數(shù)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)字—字段。

以某型發(fā)電機(jī)控制器保護(hù)器為例，該機(jī)載設(shè)備采用1553B總線通信，與其他機(jī)載設(shè)備或測(cè)試設(shè)備交聯(lián)。為了方便操作，基于內(nèi)場(chǎng)環(huán)境測(cè)試研制了反求平臺(tái)，構(gòu)建了反求環(huán)境，采用黑盒測(cè)試的方法進(jìn)行逆向分析。如圖2所示，反求平臺(tái)具備BM、RT、BC功能，可用于數(shù)據(jù)采集、仿真模擬產(chǎn)品驗(yàn)證ICD、測(cè)試產(chǎn)品驗(yàn)證ICD。

2 反求方法探討

反求ICD是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需具體問題具體分析，窮盡手段，大膽猜測(cè)，小心求證。反求過程既是順序的，也是迭代的。

2.1 情報(bào)搜集

搜集并整理機(jī)載設(shè)備及相關(guān)系統(tǒng)的資料，分類、篩選并重點(diǎn)分析其原理、功能與測(cè)試方法，猜測(cè)1553B總線傳輸?shù)膬?nèi)容。

2.2 消息分類及命名

采用圖2a）所示的采集構(gòu)形，將反求平臺(tái)配置為BM功能，采集正常測(cè)試時(shí)的通信數(shù)據(jù)。在采集到足夠的數(shù)據(jù)后，根據(jù)地址、子地址等元素區(qū)分消息，結(jié)合控制功能，猜測(cè)并整理出消息類型，并將消息命名，在能夠辨別的前提下盡可能簡(jiǎn)化表達(dá)。一種消息可能會(huì)對(duì)應(yīng)多種操作，包含多個(gè)參數(shù)，也可能一種操作需要多種消息的配合。

2.3 參數(shù)分類及解析

尋找規(guī)律，盡可能無遺漏地整理出每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的消息類型和字位關(guān)系，以下幾種方法供參考。

1）采用圖2a）所示的采集構(gòu)形，將反求平臺(tái)配置為BM功能，設(shè)計(jì)一套測(cè)試用例，每步操作只修改一個(gè)參數(shù)，盡可能按線性規(guī)律變化，包含極值、零點(diǎn)等特殊值，并將操作步驟和監(jiān)控的消息同步記錄。該方法除了適用于內(nèi)場(chǎng)測(cè)試外，也可用于機(jī)上通電時(shí)采集數(shù)據(jù)。由于BC一般周期性地詢問RT的狀態(tài)并發(fā)送時(shí)間同步信息，數(shù)據(jù)消息中夾雜了大量指令消息，可通過篩選、匯總等方法減少干擾，每次只分析一種消息及操作。

2）采用圖2b）所示的仿真構(gòu)形，將反求平臺(tái)配置為RT功能，模擬發(fā)電機(jī)控制器保護(hù)器，逐個(gè)修改測(cè)試軟件中發(fā)送的參數(shù)，比對(duì)RT接收緩存中的數(shù)據(jù)；逐字逐位修改RT的發(fā)送緩存，比對(duì)測(cè)試軟件中接收的參數(shù)。該方法效率高，但需要測(cè)試軟件配合，有一定的局限性，且測(cè)試軟件一般只能實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)試功能，對(duì)參數(shù)的限制并不嚴(yán)格，不能盡信。

3）采用圖2c）所示的測(cè)試構(gòu)形，將反求平臺(tái)配置為BC功能，替代測(cè)試設(shè)備，發(fā)送BC->RT消息，通過某型發(fā)電機(jī)控制器保護(hù)器的工作狀態(tài)判斷收到的參數(shù)；設(shè)置信號(hào)源激勵(lì)參數(shù)，發(fā)送 RT->BC消息，比對(duì)讀取的數(shù)據(jù)字。該方法依托于機(jī)載設(shè)備，可靠性高，但間接判斷參數(shù)需要對(duì)測(cè)試過程非常熟悉，且容易遺漏，需事先做好規(guī)劃。

綜合使用上述方法，分析各參數(shù)的規(guī)律，確定其在1553B總線中表示的方式，一般一個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)1553B總線中的一部分。1553B總線中的數(shù)據(jù)可分為數(shù)值型和枚舉型兩大類，包括無符號(hào)整數(shù)、有符號(hào)整數(shù)、單精度浮點(diǎn)數(shù)、雙精度浮點(diǎn)數(shù)等，對(duì)數(shù)值型參數(shù)還需確定其與真實(shí)的物理量之間的縮放倍數(shù)和偏移量，特殊情況需單獨(dú)說明。整理時(shí)盡量簡(jiǎn)化，便于比對(duì)觀察，避免遺漏，最終整理成標(biāo)準(zhǔn)格式的ICD。

2.4 傳輸機(jī)制判斷

1553B總線信息傳輸機(jī)制包含了RT發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)有更新、RT發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)被BC組織傳輸、RT確認(rèn)數(shù)據(jù)被正確接收等一系列傳輸邏輯以及響應(yīng)延時(shí)和錯(cuò)誤處理關(guān)系。飛機(jī)上一般采用矢量字更新機(jī)制，即BC發(fā)送BC→RT消息傳輸信息給RT，但獲取RT信息一般分以下三步：

1）狀態(tài)查詢：發(fā)送“發(fā)送矢量字10000”方式指令，讀取RT回送的信息：狀態(tài)字和數(shù)據(jù)字（矢量字）。

2）數(shù)據(jù)讀取：如RT有數(shù)據(jù)更新，則發(fā)送RT→BC消息，讀取RT對(duì)應(yīng)的子地址發(fā)送緩存中的數(shù)據(jù)。

3）狀態(tài)復(fù)位：讀完數(shù)據(jù)后，發(fā)送“帶數(shù)據(jù)字同步10001”方式指令，使RT矢量字復(fù)位。

當(dāng)RT較多時(shí)矢量字還會(huì)細(xì)分，有時(shí)還會(huì)多次查詢，但維修檢測(cè)時(shí)，對(duì) RT功能測(cè)試或控制時(shí)，數(shù)據(jù)更新率不高，可直接獲取RT信息，簡(jiǎn)化傳輸機(jī)制，只需反求出RT→BC消息和BC→RT消息的內(nèi)容或RT收發(fā)緩存的字位關(guān)系。

3 反求結(jié)果驗(yàn)證

通用1553B程序功能有限，很難實(shí)現(xiàn)基于邏輯的判斷、選擇和跳轉(zhuǎn)，因此開發(fā)了模擬軟件和測(cè)試軟件，以驗(yàn)證1553B總線的傳輸機(jī)制和時(shí)序相關(guān)的參數(shù)。驗(yàn)證過程為：采用圖2b）所示的仿真構(gòu)形，利用反求平臺(tái)模擬真實(shí)的發(fā)電機(jī)控制器保護(hù)器，驗(yàn)證ICD中的字位關(guān)系；采用圖2c）所示的測(cè)試構(gòu)形，利用反求平臺(tái)替代測(cè)試設(shè)備，按測(cè)試工藝操作，確認(rèn)其可替代原測(cè)試軟件，既可驗(yàn)證1553B總線的傳輸機(jī)制和時(shí)序相關(guān)的參數(shù)，也可驗(yàn)證ICD中的字位關(guān)系。

4 結(jié)束語

在分析、總結(jié)反求某型發(fā)電機(jī)控制器保護(hù)器1553B總線通信協(xié)議的過程中，探索出了一種行之有效的方法，但工作量和技術(shù)難度較大，既要熟悉1553B總線及程序設(shè)計(jì)，也要熟悉機(jī)載設(shè)備的功能及測(cè)試流程。后續(xù)將繼續(xù)優(yōu)化反求方法，設(shè)計(jì)專用反求軟件，便于分工協(xié)作，提高效率，加快推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] GJB 289A-1997數(shù)字式時(shí)分制指令、響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線[S]. 北京：國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部，1996.

[2] GJB 5439-2005 航空電子接口控制文件編制要求[S]. 北京：國(guó)防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部，2005.

作者簡(jiǎn)介

夏志飛，高級(jí)工程師，主要從事航空電子部附件的維修及地面檢測(cè)設(shè)備的研制。

趙雷，工程師，主要從事航空電子的修理技術(shù)及航空裝備保障等研究。