基于1553B 总线的接口实现与测试

路 晨，梁 健

（西北工业大学 陕西 西安 710072）

MIL－STD－1553B是美国军方使用的军事标准，其全称是“飞机内部时分制指令/响应型多路传输数据总线”，主要应用于F－16战斗机和AH－64A攻击直升机。目前，MIL－STD－1553B总线已经在西方发达国家的武器平台中扮演着极其重要的角色，广泛应用在飞机、导弹、卫星以及国际空间站等航空航天领域，使其武器系统基本实现了信息化。由于推出较早，MIL－STD－1553B在总线速率等方面与一些商业局域网相比并不占优，但在传输可靠性方面优势明显，特别是适用于现场环境恶劣并且对可靠性要求高的场合，是目前航空航天电子设备中常见的现场数据总线。我们国家嫦娥2号的有效载荷就采用了1553B数据总线标准，1553B总线在航天领域的应用也会越来越广[1]。

1 1553B总线概述

MIL－STD－1553B对飞机内部传输数据总线的电气特性以及协议的一些规范做了明确的规定，其作用就是为多个系统提供一个传输数据和消息的媒介。

MIL－STD－1553B最初被作为一种连接不同子系统的通信总线来开发，实现系统间共享或交换信息。作为总线标准主要用于以下场合：信息需要在总线终端之间通过数字通信通道传输；所有总线终端之间连接的电气接口需要是标准定义的接口；信息要求以一种可靠的，确定的，命令/回应的方式传输。

1553B总线的传输速度为1Mbit/s，字的长度为20bit，数据有效长度为16bit，信息量最大长度为32个字，传输方式为半双工方式，传输协议为命令/响应方式，故障容错方式是典型的双冗余方式；消息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、广播方式和系统控制方式；终端类型有总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(BM)，最多能接31个远程终端；传输介质为双绞线。

1553B总线有10种消息格式。1553B标准规定了两种耦合方式，一种为直接耦合短截方式，另一种为变压器耦合短截方式。由于直接耦合不利终端故障的隔离，因一个终端故障将造成整个总线系统的完全瘫痪，所以应该尽量避免在空中直接耦合短截线的耦合方式，而是采用变压器耦合的方式，变压器耦合的短截线长度理论上不超过6 m[2]。

2 1553B总线实现方式

通常情况下1553B的实现方式有两种，一种是基于DDC公司的BU－61580协议芯片实现的处理器到总线之间的完整接口，另一种是基于IP核实现的1553B总线接口。

DDC公司推出的BU－61580高级通信引擎(ACE)终端兼容主处理器与MIL－STD－1553B总线之间的全部接口，能够很好地适用于具有很高要求的场合。BU－61580器件主要具有如下特点：全集成的MIL－STD－1553接口终端；灵活的处理器/存储器接口；可选的RAM奇偶产生/校验；自动BC重试；灵活的RT数据缓存；可编程的非法化；工作温度：－55～125℃，电磁兼容符合1553B军标[3]。

BU-61580芯片作为高级通信接口芯片，它由两个低功耗双收发器、双编码/译码器、多协议逻辑、存储器管理逻辑、处理器接口逻辑、4K×16位内置共享RAM以及与主处理器的缓存器组成，最多可扩展64K×16位的RAM。

IP核技术的不断发展、成熟为总线系统的开发设计提供了一种新方法。采用基于IP核的1553B总线系统方案提高了设计性能，增加了系统灵活性，缩短了设计周期，同时也降低开发风险和成本。但IP核技术受开发成熟度等地限制，可靠性较BU-61580较低[4]。

3 基于BU-61580的1553B总线接口设计

对于基于BU-61580芯片的1553B总线接口设计，最重要的是要深入了解芯片70个引脚的功能，这是后期做硬件设计的基础。同时要对芯片4K×16位内置共享RAM中的寄存器以及存储器的组织形式作深入的分析，这将是软件设计的基础。

3.1 硬件设计

该芯片一共有70个引脚，主要可以分为7类：电源接口、RT地址线输入接口、隔离变压器接口、数据总线接口、地址总线接口、处理器存储器控制接口等。

在1553B总线接口的硬件设计过程中，利用处理器外接的IO接口控制BU-61580芯片实现该终端作为BC或者是RT的全部功能。BU-61580接口芯片外围电路设计如图1所示。

由于BU-61580的逻辑电平为5 V，而处理器I/O电平最高可设置为3.3 V，处理器与接口芯片之间需通过电平转换进行通信及逻辑控制，本设计中采用三块16通道的双向逻辑电平转换器实现逻辑电平的转换。

图1 BU-61580接口芯片外围电路设计Fig.1 Peripheral circuit design of BU-61580 interface core

3.2 软件设计

在1553B系统中，BC作为总线控制器是总线系统的核心，它负责控制总线中各设备之间的数据交互，总线中的任何一次数据传输都需要BC进行控制。BU-61580的BC协议能完成所有的MIL-STD-1553B消息格式，能够完成其所有传输工作。各类消息格式可以通过软件设置BC控制字和命令字来实现。BC功能软件设计流程图如图2所示。

在1553B系统中，当协议芯片BU-61580工作在RT模式时，RT作为远程终端可以满足所有1553B总线的工作要求，完成所有传输工作。RT功能软件设计流程图如图3所示[5]。

4 1553B总线测试

测试系统采用EXC-4000cPCI作为多功能总线测试卡。测试卡与原理样机通过短截线、耦合器、1553B总线连接。其连接示意图如图4所示。由于通信信号传输到总线的端点时会发生反射，反射信号会干扰正常信号的传输，因此总线两端需各安装一个78 Ω的电阻，来匹配总线阻抗。

4.1 BC功能测试

为了验证设计的原理样机作为BC时的各项功能，将以BU-61580芯片为核心的1553B总线协议终端作为BC，而总线测试卡作为RT，由BC向RT发送四个十六进制数。BC向RT发送数据的测试中，原理样机端控制台显示如图5所示，发送的数据为 0x1111、0x2222、0x3333、0x4444。 字计数值为4，RT地址为2，子地址为1。总线测试卡接收到的数据信息如图6所示，可以看出总线测试卡正确的接收了原理样机发送的数据[6]。

图2 BC功能软件设计流程图Fig.2 Flow chart the software design of BC function

图3 RT功能软件设计流程图Fig.3 Flow chart the software design of RT function

图4 1553B总线测试系统连接示意图Fig.4 Schematic diagram of 1553B bus test system

由BC功能测试结果可以看到，BC-RT数据传输正确，说明BC端软硬件设计正确，数据在1553B总线上传输正常，满足MIL-STD-1553B总线协议的要求。

4.2 RT功能测试

进行RT测试时，原理样机作为RT，总线测试卡作为BC，由总线测试卡向原理样机发送6个数，验证通信是否正常。在RT功能测试中，总线测试卡的状态消息如图7所示。原理样机作为RT接收总线测试卡发送的消息，原理样机控制台显示如图8所示。

由实验测试结果可以看到，BC-RT数据传输正确，说明RT端软件设计正确，数据在1553B总线上传输正常，满足MIL-STD-1553B总线协议的要求。

5 结论

图7 总线测试卡的状态消息Fig.7 Status message of the bus test board

图8 原理样机接收的状态消息Fig.8 Status message of principle prototype

本文从1553B总线的实现与测试要求出发，对基于BU-61580芯片的1553B总线进行了软硬件实现与测试。通过实验测试结果可以看到，所设计的原理样机实现了作为BC和RT的各项功能。文中给出的原理样机设计方法以及BC和RT功能的软件设计流程，对1553B总线接口的设计具有借鉴意义。

[1]罗志强.航空电子综合化系统[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[2]邢秀琴,姚竹亭.基于1553B总线的通信接口及其应用[J].中北大学学报,2007,28(1):91-94.XING Xiu-qin,YAO Zhu-ting.Communication interface base on 1553B bus and its application[J].Journal of North University of China,2007,28(1):91-94.

[3]周远林,吴忠.基于BU-61580的1553B总线接口设计[J].计算机工程与应用,2010,46(35):65-68.ZHOU Yuan-lin,WU Zhong.Design of 1553B bus interface based on BU-61580[J].Computer Engineering and Applications,2010,46(35):65-68.

[4]王世奎.航空电子通信系统关键技术问题的浅析[J].航空计算技术,2001,31(4):36-39.WANG Shi-kui.The superficial analysis of the key technology problems in avionics communication system[J].Journal of Technology of Aviation Calculate,2001,31(4):36-39.

[5]罗一锋,蔡嵩.基于1553B总线的接口设计与实现[J].现代电子技术,2006,217(2):55-60.LUO Yi-feng,CAI Song.Design and Implementation of Interface Based on 1553B Bus[J].Modern Electronics Technique,2006,217(2):55-60.

[6]陈川．嵌入式MIL-STD-1553B航空通讯总线协议终端接口设计[D]．北京：中国科学院研究生院，2011.