基于μC/OS-Ⅱ的1553B和ARINC429總線實時協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計

近年來,ГOCT18977、1553B和ARINC429已成為我軍機載設(shè)備間、飛機與導彈間數(shù)據(jù)通信所廣泛采用的總線標準。這種多種總線標準并存的情況帶來一系列問題:一是在地面維護過程中,需要測試不同總線標準的數(shù)據(jù);二是不同總線標準之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。因此如何實現(xiàn)地面檢測設(shè)備與多種不同總線標準機載設(shè)備之間的通信以及不同總線標準之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換成為必須解決的問題。本文針對某型飛機加掛某型導彈的實際應(yīng)用,設(shè)計了一個基于μC/OS-Ⅱ的1553B和ARINC429總線實時協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

　　1 協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求分析和設(shè)計原則

　　1553B和ARINC429總線實時協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是某型飛機發(fā)射架的一部分,主要完成以下功能:(1)完成對導彈加溫、準備和發(fā)射三個階段的實時控制;(2)在導彈準備和發(fā)射階段,把1553B格式的飛行任務(wù)轉(zhuǎn)換成ARINC429格式,并發(fā)送給導彈; (3)在導彈準備和發(fā)射階段,控制電源模塊輸出4路直流給導引頭;(4)完成對導彈故障的實時檢測,并上報給飛機。

　　顯然,該系統(tǒng)是一個典型的航空電子設(shè)備,因此,實時性和可靠性將是系統(tǒng)設(shè)計的基本要求。同樣,簡單化、模塊化也是設(shè)計中要遵循的思想。具體來說,設(shè)計時應(yīng)遵循下列幾個原則:(1)實時性強;(2)可靠性高;(3)具有一定的擴展性;(4)維修性好;(5)通用性好。

　　2 1553B和ARINC429協(xié)議分析

　　2.1 1553B總線協(xié)議[1-3]

　　1553B總線的正式名稱為“時分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”(Time Division Command/ Response Multiplex Data Bus),是目前世界軍用飛機中應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。1553B高度的可靠性和靈活性使它在機載、艦載以及地面武器設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用,并逐漸應(yīng)用到民用領(lǐng)域。

　　1553B總線的基本操作要求是:總線系統(tǒng)信息傳輸?shù)目刂茩?quán)唯一歸總線控制器所有;總線系統(tǒng)的操作應(yīng)是指令/響應(yīng)型的異步操作;數(shù)據(jù)總線上的信息傳輸應(yīng)以半雙工方式進行;數(shù)據(jù)總線上的信息流應(yīng)由消息組成;總線系統(tǒng)應(yīng)具有方式控制的能力。

　　1553B總線上只有3種字格式,分別是指令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字,如圖1所示。一個字的結(jié)構(gòu)為“同步頭+16位數(shù)據(jù)位+奇偶校驗位”,總共20個位時。

　　1553B總線上的消息格式數(shù)量有限,可以分為非廣播消息和廣播消息兩大類。非廣播消息有6種消息格式,廣播消息有4種格式,除了這10種消息格式之外,不應(yīng)使用任何別的消息格式。

　　2.2 ARINC429總線協(xié)議[4-6]

　　ARINC429總線是ARINC為航空電子系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)傳輸而定義的航空工業(yè)標準,其正式名稱為MARK33數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)DITS(Digital Information Transfer System)技術(shù)標準,信號形式同ГОСТ18977。ARINC429 在國內(nèi)被稱為HB6096-86 數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)。

　　ARINC429總線的一個數(shù)據(jù)字有32位,它們被分為5段,采用2的補碼小數(shù)記法編碼(BNR)或ISO5 號字母表數(shù)字子集編碼(BCD),其數(shù)據(jù)格式如表1所示。

　　ARINC429的傳輸協(xié)議十分簡單,是點對點的傳輸協(xié)議,解決了原來419 規(guī)范的許多矛盾和沖突。根據(jù)規(guī)范,其數(shù)字信息通過一對單向、差分耦合、雙絞屏蔽線傳輸,屬于串行通信,實現(xiàn)32比特字傳輸格式。

　　3 協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　3.1 總體設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)框圖

　　綜合協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能需求及1553B和ARINC429的協(xié)議分析,提出如下設(shè)計方案:(1)硬件環(huán)境:采用“MCU+FPGA+外圍芯片”方案構(gòu)建硬件系統(tǒng),MCU采用TI 公司的DSP TMS320LF2407實現(xiàn);FPGA采用Altera公司的Stratix FPGA軍用溫度級產(chǎn)品EP1S60F1020I6實現(xiàn);外圍芯片主要包括1553B協(xié)議芯片BU61580等。(2)軟件環(huán)境:將嵌入式實時內(nèi)核μC/OS-II移植到DSP控制器TMS320LF2407上從而構(gòu)建一個低成本的通用嵌入式實時軟件平臺;基于DSP集成化軟件開發(fā)環(huán)境CCS,用C語言和匯編語言進行軟件開發(fā)。

　　1553B和ARINC429總線實時協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實際上是一個嵌入式微型計算機應(yīng)用系統(tǒng),由控制器模塊、接口電路模塊和電源模塊三部分組成,其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　控制器模塊是協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心,用于完成對導彈的實時控制、邏輯判斷、總線轉(zhuǎn)換以及串口通信等功能;接口電路模塊是協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的外部接口(飛機、導彈接口)與控制器模塊之間的橋梁,其功能是信號隔離、電平轉(zhuǎn)換和功率信號時序控制等;電源模塊包括兩個部分,一部分用于產(chǎn)生協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)本身工作所需電源,另一部分用于產(chǎn)生導引頭工作所需電源。