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      關于1553b現場總線的簡單剖析

      2018年10月28日 10:53 ? 次閱讀

      一、1553B總線的歷史

      1553B總線是MIL-STD-1553總線的簡稱,其中B就是BUS,MIL-STD-1553總線是飛機內部時分制命令/響應式多路復用數據總線。1553B數據總線標準是20世紀70年代由美國公布的一種串行多路數據總線標準。1553B總線能掛31個遠置終端,1553B總線采用指令/響應型通信協議,它有三種終端類型:總線控制器(BC)、遠程終端(RT)和總線監視器(BM);信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、廣播方式和系統控制方式;傳輸媒介為屏蔽雙絞線,1553B總線耦合方式有直接耦合和變壓器耦合;1553B總線為多冗余度總線型拓撲結構,具有雙向傳輸特性,其傳輸速度為1Mbps傳輸方式為半雙工方式,采用曼徹斯特碼進行編碼傳輸。采用這種編碼方式是因為適用于變壓器耦合,由于直接耦合不利于終端故障隔離,會因為一個終端故障而造成整個總線網絡的完全癱瘓,所以其協議中明確指出不推薦使用直接耦合方式。

      關于1553b現場總線的簡單剖析

      在20世紀60年代以前,飛機機載電子系統沒有標準的通用數據通道,各個電子設備單元之間連接往往需要大量的電纜。隨著機載電子系統的不斷復雜化,這種通信方式所用的電纜將會占用很大的空間和重量,而且對傳輸線的定義和測試也較為復雜,費用較高。為了解決這一問題,美國SAEA2K委員會在軍方和工業界的支持下于1968年決定開發標準的信號多路傳輸系統,并于1973年公布了MIL-STD-1553標準。1973年的1553B多路傳輸數據總線成為了未來軍機將采用的技術,它取代了在傳感器、計算機、指示器和其他飛機設備間傳遞數據的龐大設備,大大減少了飛機重量,并且使用簡單、靈活,此標準的修訂本于1978年公布,即MIL-STD-1553標準。1980年,美國空軍又對該標準作了局部修改和補充。該標準作為美國國防部武器系統集成和標準化管理的基礎之一,被廣泛的用于飛機綜合航電系統、外掛物管理與集成系統,并逐步擴展到飛行控制等系統及坦克、艦船、航天等領域。它最初由美國空軍用于飛機航空電子系統,目前已廣泛應用于美國和歐洲海、陸、空三軍,而且正在成為一種國際標準。我國于1987年頒布了相應的軍標。

      二、1553B總線的特點

      1553B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。綜合起來1553B總線有以下幾個特點:

      一是實時性好,1553B總線的數據傳輸率為1Mbps,每條消息最多包含32個字,傳輸一個固定不變的消息所需時間短。數據傳輸速率比一般的通訊網高。

      二是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,1553B采用了合理的差錯控制措施――反饋重傳糾錯方法。當BC向某一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。而特有的方式命令不僅使系統能完成數據通訊控制任務,還能檢查故障情況并完成容錯管理功能。

      三是總線效率高,總線形式的拓撲結構對總線效率的要求比較高,為此1553B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。

      四是具有命令/響應以及“廣播”通訊方式,BC能夠以“廣播”方式向所有RT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。但1553B總線價格高昂,限制了它在工業領域的普遍性應用。

      三、1553B總線消息傳輸機制

      1553B總線上的信息是以消息(Message)的形式調制成曼徹斯特碼進行傳輸的。每條消息最長由32個字組成,所有的字分為三類:命令字、數據字和狀態字。每類字的長度為20位,有效信息位是16位,每個字的前3位為單字的同步字頭,而最后1位是奇偶校驗位。有效信息(16位)及奇偶校驗位在總線上以曼徹斯特碼的形式進行傳輸,傳輸一位的時間為1S(即碼速率為1MHz)。同步字頭占3位,先正后負為命令字和狀態字,先負后正為數據字。

      在這三種類型的字中,命令字位于每條消息的起始部分,其內容規定了該次傳輸的具體要求。狀態字只能由RT發出,它的內容代表RT對BC發出的有效命令的反饋。BC可以根據狀態字的內容來決定下一步采取什么樣的操作。數據字既可以由BC傳輸到某RT,也可以從某RT傳輸至BC,或者從某RT傳輸到另一RT,它的內容代表傳輸的數據。

      1553B總線上消息傳輸的過程是:總線控制器向某一終端發布一個接收/發送指令,終端在給定的響應時間范圍內發回一個狀態字并執行消息的接收/發送。BC通過驗收RT回答的狀態字來檢驗傳輸是否成功并做后續的操作。

      消息是構成1553B總線通訊的基本單位,如果需要完成一定的功能,就要將多個消息組織起來,形成一個新的結構叫做幀(Frame)。幀的結構見圖2。在圖中,完成一個消息的時間稱為消息時間,兩個消息之間的間隔稱為消息間隔時間,完成一個幀的時間稱為幀時間。在實際應用中這三種時間都是可以通過編程設置的。

      四、1553B總線在武器通信中的應用

      基于軍事上的需要,現在武器上的電子設備不斷增加,如何將電子設備加以有效的綜合,從而使之達到資源和功能的綜合已成為武器發展的必然要求。武器綜合電子系統的基礎就是采用數據總線結構,利用數據總線使處理機(包括硬件和軟件)、信息傳輸以及控制顯示3個分系統為各種任務所共用。這樣就具有以下優點:減少武器設備體積和重量,提高武器系統可靠性,降低成本,提高檢測精度等。現代武器對本身通信系統的要求一般有以下幾點:

      一是能有效實現各子系統之間的數據傳輸,且滿足特定的通信特性;

      二是通信子系統相對獨立地工作,對應用軟件盡可能透明,且占用主機的時間盡可能少。

      三是通信系統靈活,易于修改。

      四是通信子系統具有較強的抗干擾能力。

      而1553B總線的優良性能恰好能滿足上面幾點要求,從而使其在現代武器系統中得到了越來越多的重視,已成為戰車、艦船、飛機等武器平臺上電子系統的主要工作支柱。

      航空電子系統通常包括十多個機載計算機子系統,如何有效的實現各子系統之間的數據通信對整個航空系統的成敗無疑起著關鍵性的作用。自1973年美國公布了軍用標準MIL-STD-1553B總線后,它就迅速的被應用于空軍,在F-16、F-18、B-1和AV-SB等多種飛機上得到應用。

      目前世界上可以作為軍用標準和專門的艦用戰術數據總線有許多種,但使用的最多的還是當推美國的MIL-STD-1553B。1553B的傳輸介質有同軸電纜、屏蔽雙絞線、光纜等,通過變壓器藕合或直接藕合方式把終端藕合到總線上去。這種數據總線的傳輸速率、傳輸距離、遠程終端數,能較好的滿足各類中小型艦艇以及潛艇系統通信的要求,故應用十分普及。

      軍用車輛及各類戰車作為陸軍地面武器的作戰平臺,經常工作在強振動、高噪音、粉塵多,溫度變化大的惡劣環境中。因此,其內部電子設備間的數據通信要求通過嚴格的故障檢測,以達到較高的可靠性、殘存性和容錯能力。在實時性方面,動力系統一體化控制要分別對發動機和變速器進行控制,二者之間的數據通信要求一條消息的最大響應時間一般極短,這樣才能實現對發動機和變速器的實時控制,從而提高整個動力系統的綜合性能。此外,還有一些對數據通信的特殊要求,如協議簡單性、短幀信息傳輸、信息交換的頻繁性、網絡負載的穩定性、高安全性和性價比高等。1553B總線具有很高的可靠性和很好的實時性,對于動力傳動一體化控制這種數據通信種類多、數據量大、實時性要求較高、網絡節點少的系統,1553B總線比現有的絕大多數總線具有更多的性能優勢。

      1553B總線在武器通信系統應用中的關鍵技術一般有以下幾條:

      一是總線接口硬件和軟件設計。采用接口卡或接口控制器形式與武器各子系統的硬件連接。同時,需要編寫相應的通信控制軟件,包括傳輸層軟件和驅動層軟件,通過信息和資源的共享,按照武器的作戰目標,在應用層上真正實現功能的綜合。

      二是接口控制文件(InterfaceControlDocument縮寫ICD)。ICD由通過1553B數據總線在武器各電子設備之間互聯的接口信號組成。根據武器的控制策略和控制目標,必須編寫符合要求的ICD文件,確定總線上傳輸的周期性數據和隨機數據。只有這樣才能確定數據流之間的相互關系,高效率的實現功能的綜合,有效提升武器的作戰性能。

      三是總線表。總線表是指一個周期內所有可能傳輸的總線命令集。根據武器平臺的控制要求,確定一個周期內傳輸的命令和消息隊列,按照大小周期劃分時間片,對消息隊列進行排序和優化,使總線負載達到平衡,提高總線的利用率和數據傳輸的實時性。

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      發表于 2018-10-04 10:49 ? 966次閱讀
      PCIE總線規范范例:PCI-Express板卡...

      采用ZigBee技術實現多總線控制的無線傳感器的...

      無線傳感器網絡由一定數目的傳感器節點組成,以無線自組的方式構成網絡。通常包括處理器模塊、傳感器模塊、...

      發表于 2018-10-02 14:07 ? 1270次閱讀
      采用ZigBee技術實現多總線控制的無線傳感器的...

      利用Fir-eAPI SDK開發IEEE1394...

      現有的大部分數據傳輸接口總線造價比較高,且難以滿足實際運用中對傳輸速率的要求,成了阻礙整個系統性能提...

      發表于 2018-10-02 14:02 ? 213次閱讀
      利用Fir-eAPI SDK開發IEEE1394...

      采用74LS164芯片實現液晶的四線控制

      大多液晶顯示屏都實現了標準化和模塊化,采用通用的控制芯片(例如SED1330、SED1520、HD6...

      發表于 2018-10-02 13:36 ? 389次閱讀
      采用74LS164芯片實現液晶的四線控制

      光學組件運動控制系統結構功能及軟件開發

      根據物理實驗的要求,原型裝置的靶場系統需要將12束激光從真空靶室的上方和下方以一定的角度射入真空靶室...

      發表于 2018-10-02 06:22 ? 353次閱讀
      光學組件運動控制系統結構功能及軟件開發

      究竟終端電阻對CAN總線有什么重要作用和影響呢?

      總線末端的終端電阻不可忽略,每個節點的終端內阻阻值也不可忽略,很多車廠的CAN節點測試規范專門有一項...

      發表于 2018-09-30 15:06 ? 742次閱讀
      究竟終端電阻對CAN總線有什么重要作用和影響呢?

      創新型數字總線架構降低音頻系統成本

      汽車制造商致力于使其下一代汽車比以前更安全、更智能且更節油。為此,需要在汽車中部署更多的ECU(電子...

      發表于 2018-09-21 10:10 ? 1222次閱讀
      創新型數字總線架構降低音頻系統成本

      你是嵌入式硬件設計的大神還是小白?

      提到“嵌入式”,想必各位攻城獅都不會陌生,今兒不管您水平幾何,咱們一起聊聊這“嵌入式”,大神&小白,...

      發表于 2018-09-18 17:51 ? 596次閱讀
      你是嵌入式硬件設計的大神還是小白?

      1553B總線通信在某型測試系統中的硬件和軟件設...

      某型機載設備與載機火控系統之間采用1553B 總線實現數據通信和時序控制.本文在研究1553B 總線...

      發表于 2018-09-12 09:17 ? 484次閱讀
      1553B總線通信在某型測試系統中的硬件和軟件設...

      基于IO-Link從站的演示系統,有何特點

      IO-Link是獨立于任何現場總線,適用于工業控制最底層的簡單傳感器和執行器的工業通信接口。IO-L...

      發表于 2018-09-12 08:47 ? 675次閱讀
      基于IO-Link從站的演示系統,有何特點

      RS-485總線現場布線規范與布線的錯誤觀念

      傳輸距離問題:485總線傳輸距離為1200米,該傳輸距離有限定條件:波特率低于110Kbps,使用標...

      發表于 2018-09-06 10:19 ? 635次閱讀
      RS-485總線現場布線規范與布線的錯誤觀念

      PCIe總線的熱插拔機制

      當然,熱插拔不僅僅是硬件的事,其需要軟硬件協同實現。要想實現熱插拔功能,操作系統、主板熱插拔驅動器、...

      發表于 2018-09-06 09:20 ? 575次閱讀
      PCIe總線的熱插拔機制

      PCIe總線自V2.0加入了功能層復位的功能

      FLR只復位對應Function的內部狀態和寄存器(使其暫時不變化,Making it quiesc...

      發表于 2018-09-05 09:46 ? 693次閱讀
      PCIe總線自V2.0加入了功能層復位的功能

      PCI總線中定義了四種復位名稱

      熱復位(Hot Reset)是一種In-band 復位,其并不使用邊帶信號。PCIe設備通過向其鏈路...

      發表于 2018-09-04 09:19 ? 614次閱讀
      PCI總線中定義了四種復位名稱

      在工業控制網絡中已經部分實現對現場總線的替代

      近幾年,隨著智能制造戰略的持續推進,中國制造企業開始重視對底層工業自動化系統的改造與升級,由此引發...

      發表于 2018-09-02 11:33 ? 332次閱讀
      在工業控制網絡中已經部分實現對現場總線的替代

      克服MSI機制的三個主要的缺陷

      有趣的是,MSI只支持32個中斷向量,而MSI-X支持多達2048個中斷向量,但是MSI-X的相關寄...

      發表于 2018-09-02 10:41 ? 607次閱讀
      克服MSI機制的三個主要的缺陷

      PCIe兩種中斷傳遞方式

      MSI/MSI-X是后續的PCI/PCI-X總線改進后的中斷機制,其中MSI-X(MSI-eXten...

      發表于 2018-08-31 15:31 ? 736次閱讀
      PCIe兩種中斷傳遞方式

      創新型汽車音頻總線 提高系統性能、降低成本

      汽車制造商必須在提供先進、功能豐富的信息娛樂系統和符合政府發布的燃油效率標準之間取得平衡。減輕現有電...

      發表于 2018-08-31 08:35 ? 861次閱讀
      創新型汽車音頻總線 提高系統性能、降低成本

      Lon總線在圖像采集節點中應用設計

      本系統是智能家庭系統中的子系統,主要實現的是:當有人進入該區域時則立即進行圖像采集,通過各個模塊進行...

      發表于 2018-08-30 10:52 ? 587次閱讀
      Lon總線在圖像采集節點中應用設計

      細數示波器或曾不為人知的12項功能

      需測量回波損耗(Sdd11)或插入損耗(Sdd21),但卻沒有TDR或VNA,怎么辦?您可用高帶寬示...

      發表于 2018-08-29 15:37 ? 758次閱讀
      細數示波器或曾不為人知的12項功能

      dcs維護的6個常見故障分析及解決方案

      電源方面的問題也較多,如備用電源不能自投,保險配置不合理及電源內部故障等造成電源中斷,溫壓電源波動引...

      發表于 2018-08-25 10:17 ? 633次閱讀
      dcs維護的6個常見故障分析及解決方案

      總線技術知識大盤點:總線的原理、分類及技術指標你...

      總線(Bus)是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線,它是由導線組成的傳輸線束,按照計算機...

      發表于 2018-08-25 09:21 ? 320次閱讀
      總線技術知識大盤點:總線的原理、分類及技術指標你...

      簡單的PCI總線INTx中斷實現流程

      上面的例子主要是基于早期的單核CPU設計的,并沒有考慮到目前多核CPU的情況。因此,在后續的PCI ...

      發表于 2018-08-24 09:58 ? 830次閱讀
      簡單的PCI總線INTx中斷實現流程

      PCIe總線的三種錯誤報告方式

      PCIe設備的配置空間中的狀態與控制寄存器如上圖所示,通過這些寄存器可以使能(或禁止)通過錯誤消息(...

      發表于 2018-08-23 10:14 ? 959次閱讀
      PCIe總線的三種錯誤報告方式

      PCI-Express接口連接器知識分析

      PCIe鏈路的最大寬度為×32,但是在實際應用中,×32的鏈路寬度極少使用。在一個處理器系統中,一般...

      發表于 2018-08-21 18:11 ? 1108次閱讀
      PCI-Express接口連接器知識分析

      PXIe總線控制器:由PXIe-1010總線控制...

      長期以來,科技人員為了設計PXIe板卡時不得不花費很多時間和精力來了解PXIe總線,在我國始終沒有...

      發表于 2018-08-20 09:19 ? 378次閱讀
      PXIe總線控制器:由PXIe-1010總線控制...

      新一代信號質量分析儀MP1900A BERT,可...

      近日消息,安立通訊6月底宣布推出新一代信號質量分析儀MP1900A BERT,該多功能方案可應對下...

      發表于 2018-08-19 09:47 ? 112次閱讀
      新一代信號質量分析儀MP1900A BERT,可...

      ARM架構和總線協議如何支持Linux原子操作?

      這篇文章探討ARM架構和總線協議如何來支持的。對于某款ARM處理器和總線CCI,CCN和CMN產品的...

      發表于 2018-08-18 10:57 ? 935次閱讀
      ARM架構和總線協議如何支持Linux原子操作?

      PCIe總線的錯誤報告機制中四個比較重要的概念

      錯誤報告(Error Reporting):通知系統某個(或多個)錯誤發生了。在PCIe總線中,發...

      發表于 2018-08-17 10:09 ? 722次閱讀
      PCIe總線的錯誤報告機制中四個比較重要的概念

      嵌入式開發中常用的總線與接口總結

      任何一個微處理器都要與一定數量的部件和外圍設備連接,但如果將各部件和每一種外圍設備都分別用一組線路與...

      發表于 2018-08-14 11:37 ? 991次閱讀
      嵌入式開發中常用的總線與接口總結

      以FPGA系統為核心的1553B總線接口設計

      在總線接口模塊中,曼徹斯特編解碼是實現功能的核心部分,所以編碼數據和解碼數據是進行功能驗證時觀察的重...

      發表于 2018-08-12 09:44 ? 180次閱讀
      以FPGA系統為核心的1553B總線接口設計
      上海快3开奖走势图
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