0 概述

    MIL-STD-1553B總線(飛行器內部時分命令/響應式多路數據總線)是由美國自動化工程師協會在軍方和工業界的支持下制定的，于1978年正式公布^[1]。1987年，我國軍方根據此標準，推出了與之對應的軍標GJB289A-87，后經過系統應用實踐及不斷完善，1997年頒布的GJB289A-97代替了GJB289A-87，從而使我國航空武器總線標準技術實現了國產化^[2-3]。

    GJB289A總線歷經多年的發展，目前已成為一種成熟的機載總線，被廣泛用于飛機綜合航空電子系統、武器外掛與集成系統，并逐步擴展到飛行控制等系統及坦克、艦船、航天等領域^[4-5]。當前，新飛機研制及老飛機改造項目中，對數據總線的傳輸速率要求越來越高，GJB289A總線傳輸速率僅為1 Mb/s，已經無法滿足機載數據總線的高吞吐率要求^[6]。因此高速GJB289A總線是GJB289A總線的發展趨勢之一^[7]。

1 拓撲結構

    一個完整的高速GJB289A總線系統是由若干個具有高速GJB289A總線接口的子系統和數據總線組件構成。子系統是從數據總線接收數據服務的設備，數據總線組件包含終端、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，是數據總線與子系統間互連的接口，終端分為總線控制器BC（Bus Control）、遠程終端RT（Remote Terminate）和總線監控器BM（Bus Monitor）三種。

    總線控制器：總線系統中組織信息傳輸的終端，作為“總線仲裁者”對不同子系統間的通信進行統一管理，完成系統間數據傳遞和信息的共享。

遠程終端：總線系統中除了總線控制器和總線監控器之外的所有終端，它們在BC控制管理下進行數據傳輸。

    總線監控器：總線系統中接收、記錄總線上傳輸的信息并有選擇地提取信息的終端，本身不參與數據傳輸僅被動接收總線數據。

    在一個總線系統中，同一時刻有且僅有一個BC控制和管理總線上的RT，并允許備份總線BBC（Backup Bus Controller）存在。根據子系統任務需求安排RT的數量，其數量不能超過31個。BM主要職能是記錄、監控整個系統信息，為分析總線系統性能和故障定位提供依據，一般只在地面仿真維護系統中使用。圖1為GJB289A總線系統拓撲結構。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撲進行互聯，所有鏈路均采用雙余度設計。

2 系統工作原理

    高速GJB289A總線采用指令/響應的處理機制，在整個總線系統中BC是總線唯一控制者，在BC的控制下RT被動地接收或者發送數據信息到總線上的其他終端。BC的控制操作碼稱為指令字，指令字中包含RT地址、接收/發送標志、子地址、數據長度，這4個字段指定了總線上的某個終端的那個子地址接收/發送若干個數據到總線上的其他終端。總線上的某個終端在接收到指令字時執行并響應狀態字到BC，BC再對狀態字作出合格性判斷，從而完成總線的一次數據傳輸。按照總線系統間數據信息交換與共享的原則可以將1553B總線的數據傳輸分為：BC到RT、RT到BC、RT到RT。下面介紹幾種數據傳輸格式。

    （1）BC到RT

    BC到RT指的是總線控制器到遠程終端的數據傳輸。首先BC向某個RT發出一個指令字和規定長度的數據字到總線上，RT在接收到指令字后，解析并執行指令字將數據信息存儲到指定的存儲單元，然后響應狀態字到總線上的BC。如圖2所示，BC將指令字和數據字連續發給RT，RT接收到指令字和數據字后響應狀態字到BC。

    （2）RT到BC

    RT到BC指的是遠程終端到總線控制器的數據傳輸。BC發出一個指令字到總線上的某個RT，RT接收并解析來自BC的指令字后，將指令字中指定子地址的若干數據字發送到BC，隨后響應狀態字到BC，完成傳輸。如圖3所示，BC將指令字發送給RT，隨后RT響應BC狀態字，并發送數據。

    （3）RT到RT

    RT到RT傳輸指的是兩個遠程終端間的傳輸。首先BC發送指令字到接收數據的RT緊接著BC在發送一個指令字到發送數據的RT。然后發送數據的RT接收到指令字后，將數據字發送到接收數據的RT，并響應狀態字到BC，接收數據的RT，在接收到數據之后，響應狀態字到BC，完成RT到RT傳輸。如圖4所示，總線控制器發送指令字1到RT1，發送指令字2到RT2，隨后RT2響應狀態字到BC，并發送數據字1、數據字2等到RT1，最后RT1響應狀態字1到BC。

3 技術特點及優點

    高速GJB289A總線是一種集中式的時分串行總線，其主要特點是分布處理、集中控制和實時響應。其可靠性機制包括防錯功能、容錯功能、錯誤的檢測和定位、錯誤的隔離、錯誤的校正、系統監控及系統恢復功能。采用雙冗余系統，有兩個傳輸通道，保證了良好的容錯性和故障隔離。其技術指標與標準GJB289A總線對比如表1所示。

    GJB289A總線具有以下特點及優點：

    （1）實時性好。GJB289A總線的命令/響應的協議方式保證了實時的可確定性；

    （2）合理的差錯控制措施和特有的方式命令。為確保數據傳輸的完整性，GJB289A采用了合理的差錯控制措施——反饋重傳糾錯方法。當總線控制器BC向某一終端RT發出一個命令或發送一個消息時，終端應在給定的響應時間內發回一個狀態字，如果傳輸的消息有錯，終端就拒絕發回狀態字，由此報告上次消息傳輸無效。而方式命令不僅使系統能完成數據通信控制任務，還能反饋故障情況并完成容錯管理功能；

    （3）總線效率高。總線形式的拓撲結構對總線效率的要求比較高，為此GJB289A對涉及總線效率指標的某些強制性要求如命令響應時間、消息間隔時間以及每次消息傳輸的最大和最小數據塊的長度都有嚴格限制；

    （4）具有命令/響應以及“廣播”通信方式。BC能夠以“廣播”方式向所有設備發送一個時間同步消息，這樣總線上的所有消息傳輸都由總線控制器發出的指令來控制，相關終端對指令應給予響應并執行操作。這種方式非常適合集中控制的分布式處理系統。

4 總線發展趨勢

    未來幾年內GJB289A總線將主要朝著兩個方向發展。一是協議處理芯片和總線組件的功耗更小，抗惡劣環境的能力更強，1553B和計算機之間的接口也逐漸標準和統一，目前國內已有多家單位的1553B總線產品正朝著這個方向發展，并已研制出1553B總線協議處理器；二是1553B總線的傳輸速度將不斷提高，從最初的1 Mb/s發展到2 Mb/s、4 Mb/s和10 Mb/s。

    在現代飛機設計中，雖然光纖通道可以提供對視頻信號、傳感器信號的高速連接。但在機電系統中依然存在與低速設備的連接要求， GJB289A總線與高速光纖通道拓撲同時并存、相互綜合。另一方面，總線數量的增加，也要求相應地增加更多的總線接口以適應增添的功能模塊。美國海軍和有關研究機構通過實驗演示了傳統GJB289A和光纖通道協議之間的轉換，以及傳統的GJB289A遠程終端器件與光纖通道互連方案的系統綜合，證明了GJB289A總線與光纖通道交互操作以及從GJB289A互連升級到光纖通道的系統互連的可行性。FC-AE-1553既具有光纖通道的良好網絡性能，又具有GJB289A的傳統優勢，因此有“吉比特的1553”之稱，另外FC-AE-1553也兼顧對傳統GJB289A網絡的橋接。因此FC-AE-1553網絡，對傳統GJB289A網絡能很容易保留與繼承，高速GJB289A數據總線在未來還會有進一步發展空間。

5 總結

    GJB289A總線以其傳輸的高可靠性、使用簡單靈活的特點，被廣泛應用在航空航天等領域。本文在GJB289A總線的發展背景的基礎上，通過分析高速GJB289A總線的拓撲結構、工作原理以及特點，對高速GJB289A總線絡進行了研究，對后續高速GJB289A總線協議研究、芯片研制、應用解決方案以及高速GJB289A總線的系統設計具有重要的參考價值。

參考文獻

[1] MIL-STD-1553.Protocol Tutorial[S].Condor Engineering，Inc.2004.

[2] MIL-STD-1553B-1989.飛機內部時分制指令/響應式多路傳輸數據總線[S]．1989．

[3] GJB 5186.1-2003.數字式時分制指令/響應式多路傳輸數據總線測試方法[S]．2003．

[4] 田澤，韓煒，趙強，等．1553B總線接口SoC設計與實現[J]．航空計算技術，2008(9)：15－21．

[5] 王綺卉，田澤，趙彬．基于HKS1553BCRT芯片的1553B總線通信軟件設計[J]．計算機技術與發展，2012(8)：39-42．

[6] 郭澤仁．1553B總線系統優化及可靠性設計[J]．山東理工大學學報(自然科學版)，2008，22(1)：67－70．

[7] 李文軍，邰炳昌．飛機1553B總線的測試系統[J]．飛機設計，2003(2)：51－54．