基于BU-61580的MIL-STD-1553B遠程終端設計

摘要：    給出了基于BU-61580的MIL-STD-1553B遠程終端設計思路和方法。

關鍵詞：    BU-61580；MIL-STD-1553B；RT；MSC1210Y5

MIL-STD-1553B總線

MIL-STD-1553B總線(以下簡稱1553B總線)是美國定義的一種軍用串行總線標準，國內對應為GJB 289A-97,全稱《數(shù)字式時分制指令/響應型多路傳輸數(shù)據(jù)總線》，它規(guī)定了數(shù)字式時分制指令/響應型多路傳輸數(shù)據(jù)總線及其接口電子設備的技術要求，同時規(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)絡由終端、子系統(tǒng)和總線傳輸介質組成，結構如圖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?？偩€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總線的拓撲結構 

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，每個消息至少包含兩個字，每個字包含有16個信息位、一個奇偶校驗位和3個位長的同步頭，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度可以超過30米。

1553B通信系統(tǒng)可分為應用層、驅動層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。應用層和驅動層在子系統(tǒng)實現(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)實現(xiàn)。對于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)設計對應的應用層軟件完成和MBI卡的通訊接口。

BU-61580

目前在機載設備RT的設計中，廣泛使用了MBI卡，國內外MBI卡普遍使用了美國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,傳輸時使用1.41:1的變壓器。BU-61580內部集成了雙收發(fā)器邏輯、編解碼器、協(xié)議邏輯、內存管理和中斷控制邏輯，還提供了一個4K字(16bit)的內部共享靜態(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個內部操作寄存器、8個測試寄存器以及64K字的共享存貯器地址空間。

目前機載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實現(xiàn)，MBI卡和機載設備之間的接口一般為串口，MBI卡的生產廠家利用特定的機載設備的通訊表和接口控制文件(ICD)為機載設備定制MBI卡，同時提供串口驅動程序和編寫串口通訊協(xié)議，機載設備利用串口驅動程序和串口通訊協(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內核的高性能系統(tǒng)級單片機，具有兩個串口，支持在系統(tǒng)編程，內部有32K的FLASH。本設計利用BU-61580支持8位處理器的特點，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，內部數(shù)據(jù)交換通過串口1與系統(tǒng)內部單片機完成。為了便于在飛機上對軟件升級，MSC1210Y5的串口0通過RS-232電平驅動后，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內部的RAM，“TRIGG”接為低；不使用外部時鐘標簽，“TAGCLK”接為低。

遠程終端的地址“RTAD0_RTAD4”可構成25個遠程終端地址，使用中連同奇偶校驗設置位“RTADP”用撥碼開關連接，便于更改RT的設計。

注意圖2中單片機的“P0”端口和“P2”端口與BU-61580的接口關系，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用的，所以連接關系較為復雜。

譯碼采用兩個與門完成。其中一個與門將“P2.6”和“P2.7”的信號通過與邏輯后與“SELECT”相接，“WR”和“RD"通過與邏輯后與“STRBD”相接用于選擇BU-61580?！癙2.5”端口與“MEM/REG”相接用于選擇BU-61580內部寄存器或存儲器。單片機的地址鎖存信號“ALE”與“ADDR_LAT”相連，提供數(shù)據(jù)鎖存信號。選取12MHz晶振同時為單片機和BU-61580提供時鐘信號。
從圖2中可以看出雙絞線、變壓器、BU-61580構成了1553B通信系統(tǒng)的傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，單片機MSC1210Y5和BU-61580的接口及其單片機軟件構成了應用層、驅動層；作為一個RT,當接收BC命令后，通過串口1將命令發(fā)送給系統(tǒng)內的單片機，按控制系統(tǒng)的要求工作，同時將測量數(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設計遠程終端的流程

BU-61580的復位及初始化

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，初始化存儲器等。電路上電后，單片機首先將復位引腳P1.5置低，復位BU-61580,延時后再置高，完成軟件復位的過程。

對于RT編程，首先初始化相應的寄存器，然后設置非法指令區(qū)、初始化相應子地址的查詢表及子地址控制字，此時應該設置“忙”位，設置配置寄存器使設備處于RT模式。當通過串口1接收的數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)開機自檢結束后，將“忙”位清零，此后該設備就處于在線，只要BC發(fā)送一條消息命令與該設備相關，那么該設備就會做出反映。

BU-61580的數(shù)據(jù)發(fā)送過程

BU-61580發(fā)送數(shù)據(jù)時，將對應的子地址的數(shù)據(jù)字送到初始化設定的查詢表地址中，同時將該子地址對應的矢量字置為“1”，表明RT的數(shù)據(jù)已有更新。因為子地址控制字位設置了發(fā)送和接收產生中斷，所以在中斷處理程序中，當命令字與發(fā)送子地址相同時，表明BU-61580已將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到1553B網(wǎng)絡中，此時，在中斷服務程序中將該發(fā)送子地址的矢量字清“0”。BC周期性的查詢矢量字，只有對應子地址的矢量字為“1”，BC才從RT中將數(shù)據(jù)取走。矢量字更新機制是1553B最有特色的地方。

BU-61580的數(shù)據(jù)接收過程

當總線上傳輸從BC到RT的命令時，若系統(tǒng)設置為合法指令，則產生接收中斷，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置接收標志位為“1”。主程序中判斷此接收標志為“1”后，將此標志清“0”，同時將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。

機內串行通訊的實現(xiàn)

單片機MSC1210Y5和BU-61580完成了1553B數(shù)據(jù)的通訊接口任務，而1553B通訊的最終暢通還需系統(tǒng)的配合。本RT設計中，串口1擔當了此任務。串口1的發(fā)送程序將系統(tǒng)的當前工作狀態(tài)發(fā)送出去，串口1的接收程序負責將BC的控制命令接收進來。這種異步收/發(fā)過程，完成了內外數(shù)據(jù)的交換。

結語

按照本文介紹的方法已成功實現(xiàn)BU-61580的MIL-STD-1553B遠程終端設計,設計的機載設備已在DSI(動態(tài)激勵器)上與BC完成綜合，并試飛成功，批量裝備現(xiàn)役飛機,效果良好。

參考文獻：
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