1553B總線系統(tǒng)的可靠性研究

引言

　　1553B總線又稱MIL_STD_1553B總線，即飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線,現(xiàn)廣泛用于航空電子綜合化系統(tǒng)中。1553B總線具有雙向輸出特性，實(shí)時(shí)性和可靠性高，采用雙冗余系統(tǒng)，有雙傳輸通道，保證了良好的容錯(cuò)性和故障隔離,是目前應(yīng)用比較廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)。

　　1553B總線系統(tǒng)在飛機(jī)的發(fā)展歷程中有著舉足輕重的地位，1553B總線是飛機(jī)內(nèi)部的時(shí)分、指令/應(yīng)答多路傳輸總線。在航空電子系統(tǒng)中,通過一種雙絞的信號屏蔽線可連接多達(dá)32個(gè)遠(yuǎn)程終端RT(Remote Terminate)模塊和一個(gè)總線監(jiān)控器BM(Bus Monitor)連接在一起，分配每個(gè)RT惟一的總線地址，RT不具備總線控制功能，但可作為BC的備份。完成各子系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)交換，以實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的集中控制和顯示，是系統(tǒng)平臺進(jìn)行電子信息化的基礎(chǔ)。為了提高可靠性，一般都采用雙冗余度總線結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代飛機(jī)典型的航空電子系統(tǒng)及1553B總線應(yīng)用框圖如圖1所示。

1 1553B 總線的特點(diǎn)

　　1553B總線系統(tǒng)有四部分組成:傳軸介質(zhì)即總線和短截線(stub)、總線控制器(BC)、遠(yuǎn)程終端(RT)和總線監(jiān)視器(BM).由于1553B總線的合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是航空系統(tǒng)或者地面車輛系統(tǒng)中分布式設(shè)備的理想連接方式。1553B總線是一種集中式的時(shí)分串行總線，1553B總線是一個(gè)集中控制、分布式處理的系統(tǒng),系統(tǒng)的控制權(quán)歸總線控制器所有?？煽啃詸C(jī)制包括防錯(cuò)/容錯(cuò)功能、錯(cuò)誤檢測和定位、錯(cuò)誤隔離、錯(cuò)誤校正、系統(tǒng)監(jiān)控與恢復(fù)功能。雙通道傳輸，采用雙冗余設(shè)計(jì)，保證了較好的容錯(cuò)性和故障隔離，其特點(diǎn)如下。

　　1）實(shí)時(shí)性好，1553B總線的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps，比一般的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高。這種總線標(biāo)準(zhǔn)為了強(qiáng)調(diào)信息包能在少的預(yù)定時(shí)間窗口下傳輸而能確保持續(xù)和完整性，所以限制了數(shù)據(jù)包的長度。

　　2）兼顧實(shí)時(shí)性的條件下，為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕?553B采用了合理的差錯(cuò)控制措施即反饋重傳糾錯(cuò)法。除個(gè)別事務(wù)類型外，總線終端可為當(dāng)前進(jìn)行的總線事務(wù)的成功或失敗提供狀態(tài)指示。當(dāng)BC 向某一 RT發(fā)出一個(gè)命令或一個(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，并報(bào)告上次消息傳輸無效。而方式命令不僅使系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)通訊控制任務(wù)， 還能診斷故障情況并完成容錯(cuò)管理功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了其通信的可靠性。

　　3）總線效率高，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對總線效率的要求比較高，因此1553B 對命令響應(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)塊的長度都有嚴(yán)格限制。

　　4）具有指令/響應(yīng)與"廣播"通訊方式異步操作，BC能夠以" 廣播"方式向所有RT發(fā)送一個(gè)時(shí)間同步消息，這樣總線控制器發(fā)出的指令來控制總線上的所有消息傳輸，相關(guān)終端對指令給予響應(yīng)并執(zhí)行操作。

　　5）1553B總線是廣播式分布處理的通信網(wǎng)絡(luò)，可掛31個(gè)終端，所有的終端共享一條消息通路，任一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)終端在發(fā)消息，傳送中的消息可以被所有終端接收，接收的終端通過地址來識別。結(jié)構(gòu)簡單，終端擴(kuò)展方便，任一終端（除BC外）的故障都不會造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的故障，BC則可備份來提高可靠性。但網(wǎng)絡(luò)對總線本身的故障較敏感，為此采用雙冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 1553B總線通信可靠性分析

　　1553B總線能掛31個(gè)遠(yuǎn)置終端，1553B總線采用指令/響應(yīng)型通信協(xié)議，它有總線控制器（BC）、遠(yuǎn)程終（RT）和總線監(jiān)視器（BM）三種終端類型；信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、廣播方式和系統(tǒng)控制方式。

　　1553B總線中傳輸?shù)娜N類型字：命令字、狀態(tài)字和數(shù)據(jù)字。結(jié)構(gòu)是一致的，頭三位是同步頭（不同的是命令字、狀態(tài)字為正到負(fù)的跳沿；而數(shù)據(jù)字為負(fù)到正的跳沿），中間的16位是數(shù)據(jù)域，最后一位是奇偶校驗(yàn)位。其中16位數(shù)據(jù)位和奇校驗(yàn)位須按照曼徹斯特碼的形式進(jìn)行傳輸。

　　2.1 1553B字格式

　　1553B總線系統(tǒng)信號采用曼徹斯特Ⅱ型雙相電平碼調(diào)制方式， 以串行數(shù)字脈沖碼形式在數(shù)據(jù)總線上傳輸。每條消息最長由32個(gè)字組成，所有的字分為三類:命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字如圖2所示。每類字的長度為20位，有效信息位是16位，每個(gè)字的前3位為單字的同步字頭，而最后1位是奇偶校驗(yàn)位，有效信息(16位)及奇偶校驗(yàn)位在總線上以曼徹斯特碼的形式進(jìn)行傳輸，傳輸一位的時(shí)間為1S(即碼速率為1MHz)。同步字頭占三個(gè)位時(shí).電平的跳變發(fā)生在第二個(gè)位時(shí)的中間，是一個(gè)無效的數(shù)據(jù)碼.先正后負(fù)為命令字和狀態(tài)字，先負(fù)后正為數(shù)據(jù)字，雖然指令字和狀態(tài)字都是先正后負(fù)，但由于它們分別由BC和RT判斷，因此是可以區(qū)別的。命令字位于每條消息的起始部分，規(guī)定了該次傳輸?shù)木唧w要求。狀態(tài)字只能由RT發(fā)出，內(nèi)容代表 RT對BC發(fā)出的有效命令的反饋。BC根據(jù)狀態(tài)字的內(nèi)容來決定下一步的操作。數(shù)據(jù)字既可由BC傳輸?shù)侥砇T，也可以從某RT傳輸至BC，或者從某RT傳輸?shù)搅硪籖T。