0 概述

    MIL-STD-1553B總線(飛行器內(nèi)部時(shí)分命令/響應(yīng)式多路數(shù)據(jù)總線)是由美國(guó)自動(dòng)化工程師協(xié)會(huì)在軍方和工業(yè)界的支持下制定的，于1978年正式公布^[1]。1987年，我國(guó)軍方根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，推出了與之對(duì)應(yīng)的軍標(biāo)GJB289A-87，后經(jīng)過(guò)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐及不斷完善，1997年頒布的GJB289A-97代替了GJB289A-87，從而使我國(guó)航空武器總線標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化^[2-3]。

    GJB289A總線歷經(jīng)多年的發(fā)展，目前已成為一種成熟的機(jī)載總線，被廣泛用于飛機(jī)綜合航空電子系統(tǒng)、武器外掛與集成系統(tǒng)，并逐步擴(kuò)展到飛行控制等系統(tǒng)及坦克、艦船、航天等領(lǐng)域^[4-5]。當(dāng)前，新飛機(jī)研制及老飛機(jī)改造項(xiàng)目中，對(duì)數(shù)據(jù)總線的傳輸速率要求越來(lái)越高，GJB289A總線傳輸速率僅為1 Mb/s，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)載數(shù)據(jù)總線的高吞吐率要求^[6]。因此高速GJB289A總線是GJB289A總線的發(fā)展趨勢(shì)之一^[7]。

1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    一個(gè)完整的高速GJB289A總線系統(tǒng)是由若干個(gè)具有高速GJB289A總線接口的子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)總線組件構(gòu)成。子系統(tǒng)是從數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)服務(wù)的設(shè)備，數(shù)據(jù)總線組件包含終端、線纜、連接器、耦合器、中止器。終端是具有GJB289A總線接口的電子組件，是數(shù)據(jù)總線與子系統(tǒng)間互連的接口，終端分為總線控制器BC（Bus Control）、遠(yuǎn)程終端RT（Remote Terminate）和總線監(jiān)控器BM（Bus Monitor）三種。

    總線控制器：總線系統(tǒng)中組織信息傳輸?shù)慕K端，作為“總線仲裁者”對(duì)不同子系統(tǒng)間的通信進(jìn)行統(tǒng)一管理，完成系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳遞和信息的共享。

遠(yuǎn)程終端：總線系統(tǒng)中除了總線控制器和總線監(jiān)控器之外的所有終端，它們?cè)贐C控制管理下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

    總線監(jiān)控器：總線系統(tǒng)中接收、記錄總線上傳輸?shù)男畔⒉⒂羞x擇地提取信息的終端，本身不參與數(shù)據(jù)傳輸僅被動(dòng)接收總線數(shù)據(jù)。

    在一個(gè)總線系統(tǒng)中，同一時(shí)刻有且僅有一個(gè)BC控制和管理總線上的RT，并允許備份總線BBC（Backup Bus Controller）存在。根據(jù)子系統(tǒng)任務(wù)需求安排RT的數(shù)量，其數(shù)量不能超過(guò)31個(gè)。BM主要職能是記錄、監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)信息，為分析總線系統(tǒng)性能和故障定位提供依據(jù)，一般只在地面仿真維護(hù)系統(tǒng)中使用。圖1為GJB289A總線系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖中包含BC終端、RT終端、BBC終端和BM終端，所有的終端采用總線型拓?fù)溥M(jìn)行互聯(lián)，所有鏈路均采用雙余度設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)工作原理

    高速GJB289A總線采用指令/響應(yīng)的處理機(jī)制，在整個(gè)總線系統(tǒng)中BC是總線唯一控制者，在BC的控制下RT被動(dòng)地接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)信息到總線上的其他終端。BC的控制操作碼稱(chēng)為指令字，指令字中包含RT地址、接收/發(fā)送標(biāo)志、子地址、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，這4個(gè)字段指定了總線上的某個(gè)終端的那個(gè)子地址接收/發(fā)送若干個(gè)數(shù)據(jù)到總線上的其他終端。總線上的某個(gè)終端在接收到指令字時(shí)執(zhí)行并響應(yīng)狀態(tài)字到BC，BC再對(duì)狀態(tài)字作出合格性判斷，從而完成總線的一次數(shù)據(jù)傳輸。按照總線系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息交換與共享的原則可以將1553B總線的數(shù)據(jù)傳輸分為：BC到RT、RT到BC、RT到RT。下面介紹幾種數(shù)據(jù)傳輸格式。

    （1）BC到RT

    BC到RT指的是總線控制器到遠(yuǎn)程終端的數(shù)據(jù)傳輸。首先BC向某個(gè)RT發(fā)出一個(gè)指令字和規(guī)定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)字到總線上，RT在接收到指令字后，解析并執(zhí)行指令字將數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到指定的存儲(chǔ)單元，然后響應(yīng)狀態(tài)字到總線上的BC。如圖2所示，BC將指令字和數(shù)據(jù)字連續(xù)發(fā)給RT，RT接收到指令字和數(shù)據(jù)字后響應(yīng)狀態(tài)字到BC。

    （2）RT到BC

    RT到BC指的是遠(yuǎn)程終端到總線控制器的數(shù)據(jù)傳輸。BC發(fā)出一個(gè)指令字到總線上的某個(gè)RT，RT接收并解析來(lái)自BC的指令字后，將指令字中指定子地址的若干數(shù)據(jù)字發(fā)送到BC，隨后響應(yīng)狀態(tài)字到BC，完成傳輸。如圖3所示，BC將指令字發(fā)送給RT，隨后RT響應(yīng)BC狀態(tài)字，并發(fā)送數(shù)據(jù)。

    （3）RT到RT

    RT到RT傳輸指的是兩個(gè)遠(yuǎn)程終端間的傳輸。首先BC發(fā)送指令字到接收數(shù)據(jù)的RT緊接著B(niǎo)C在發(fā)送一個(gè)指令字到發(fā)送數(shù)據(jù)的RT。然后發(fā)送數(shù)據(jù)的RT接收到指令字后，將數(shù)據(jù)字發(fā)送到接收數(shù)據(jù)的RT，并響應(yīng)狀態(tài)字到BC，接收數(shù)據(jù)的RT，在接收到數(shù)據(jù)之后，響應(yīng)狀態(tài)字到BC，完成RT到RT傳輸。如圖4所示，總線控制器發(fā)送指令字1到RT1，發(fā)送指令字2到RT2，隨后RT2響應(yīng)狀態(tài)字到BC，并發(fā)送數(shù)據(jù)字1、數(shù)據(jù)字2等到RT1，最后RT1響應(yīng)狀態(tài)字1到BC。

3 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

    高速GJB289A總線是一種集中式的時(shí)分串行總線，其主要特點(diǎn)是分布處理、集中控制和實(shí)時(shí)響應(yīng)。其可靠性機(jī)制包括防錯(cuò)功能、容錯(cuò)功能、錯(cuò)誤的檢測(cè)和定位、錯(cuò)誤的隔離、錯(cuò)誤的校正、系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)恢復(fù)功能。采用雙冗余系統(tǒng)，有兩個(gè)傳輸通道，保證了良好的容錯(cuò)性和故障隔離。其技術(shù)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)GJB289A總線對(duì)比如表1所示。

    GJB289A總線具有以下特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)：

    （1）實(shí)時(shí)性好。GJB289A總線的命令/響應(yīng)的協(xié)議方式保證了實(shí)時(shí)的可確定性；

    （2）合理的差錯(cuò)控制措施和特有的方式命令。為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕珿JB289A采用了合理的差錯(cuò)控制措施——反饋重傳糾錯(cuò)方法。當(dāng)總線控制器BC向某一終端RT發(fā)出一個(gè)命令或發(fā)送一個(gè)消息時(shí)，終端應(yīng)在給定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)發(fā)回一個(gè)狀態(tài)字，如果傳輸?shù)南⒂绣e(cuò)，終端就拒絕發(fā)回狀態(tài)字，由此報(bào)告上次消息傳輸無(wú)效。而方式命令不僅使系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)通信控制任務(wù)，還能反饋故障情況并完成容錯(cuò)管理功能；

    （3）總線效率高。總線形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)總線效率的要求比較高，為此GJB289A對(duì)涉及總線效率指標(biāo)的某些強(qiáng)制性要求如命令響應(yīng)時(shí)間、消息間隔時(shí)間以及每次消息傳輸?shù)淖畲蠛妥钚?shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度都有嚴(yán)格限制；

    （4）具有命令/響應(yīng)以及“廣播”通信方式。BC能夠以“廣播”方式向所有設(shè)備發(fā)送一個(gè)時(shí)間同步消息，這樣總線上的所有消息傳輸都由總線控制器發(fā)出的指令來(lái)控制，相關(guān)終端對(duì)指令應(yīng)給予響應(yīng)并執(zhí)行操作。這種方式非常適合集中控制的分布式處理系統(tǒng)。

4 總線發(fā)展趨勢(shì)

    未來(lái)幾年內(nèi)GJB289A總線將主要朝著兩個(gè)方向發(fā)展。一是協(xié)議處理芯片和總線組件的功耗更小，抗惡劣環(huán)境的能力更強(qiáng)，1553B和計(jì)算機(jī)之間的接口也逐漸標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一，目前國(guó)內(nèi)已有多家單位的1553B總線產(chǎn)品正朝著這個(gè)方向發(fā)展，并已研制出1553B總線協(xié)議處理器；二是1553B總線的傳輸速度將不斷提高，從最初的1 Mb/s發(fā)展到2 Mb/s、4 Mb/s和10 Mb/s。

    在現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中，雖然光纖通道可以提供對(duì)視頻信號(hào)、傳感器信號(hào)的高速連接。但在機(jī)電系統(tǒng)中依然存在與低速設(shè)備的連接要求， GJB289A總線與高速光纖通道拓?fù)渫瑫r(shí)并存、相互綜合。另一方面，總線數(shù)量的增加，也要求相應(yīng)地增加更多的總線接口以適應(yīng)增添的功能模塊。美國(guó)海軍和有關(guān)研究機(jī)構(gòu)通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示了傳統(tǒng)GJB289A和光纖通道協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，以及傳統(tǒng)的GJB289A遠(yuǎn)程終端器件與光纖通道互連方案的系統(tǒng)綜合，證明了GJB289A總線與光纖通道交互操作以及從GJB289A互連升級(jí)到光纖通道的系統(tǒng)互連的可行性。FC-AE-1553既具有光纖通道的良好網(wǎng)絡(luò)性能，又具有GJB289A的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，因此有“吉比特的1553”之稱(chēng)，另外FC-AE-1553也兼顧對(duì)傳統(tǒng)GJB289A網(wǎng)絡(luò)的橋接。因此FC-AE-1553網(wǎng)絡(luò)，對(duì)傳統(tǒng)GJB289A網(wǎng)絡(luò)能很容易保留與繼承，高速GJB289A數(shù)據(jù)總線在未來(lái)還會(huì)有進(jìn)一步發(fā)展空間。

5 總結(jié)

    GJB289A總線以其傳輸?shù)母呖煽啃浴⑹褂煤?jiǎn)單靈活的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在航空航天等領(lǐng)域。本文在GJB289A總線的發(fā)展背景的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析高速GJB289A總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理以及特點(diǎn)，對(duì)高速GJB289A總線絡(luò)進(jìn)行了研究，對(duì)后續(xù)高速GJB289A總線協(xié)議研究、芯片研制、應(yīng)用解決方案以及高速GJB289A總線的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。

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