基于UT1553BCRTM協(xié)議芯片的GJB289A通信接口

摘要：GJB289A，總線具有很高的可靠性和靈活性，廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。本文提出基于Aeroflex公司UT1553BCRTM協(xié)議芯片實(shí)現(xiàn)的GJB289A通信接口，完成了BC和RT的基本功能，支持同步通信和異步通信。文中對(duì)同步通信采用傳統(tǒng)的靜態(tài)總線控制協(xié)議，采用一種改進(jìn)的靜態(tài)總線控制技術(shù)，對(duì)非周期消息的異步通訊進(jìn)行了詳細(xì)說明。本設(shè)計(jì)有效地改善了GJB289A總線中非周期消息的傳輸延遲，保證了消息通訊的實(shí)時(shí)性。

關(guān)鍵詞：GJB289A總線;總線控制器;UT1553BCRTM;改進(jìn)的靜態(tài)總線控制技術(shù)

0 引言

國內(nèi)從第三代戰(zhàn)斗機(jī)航空電子系統(tǒng)開始，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，GJB289A總線占據(jù)了統(tǒng)治地位，由于其實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)完整性、可靠性和余度管理等特性都是專門針對(duì)軍用航空電子系統(tǒng)要求而設(shè)計(jì)的，因此在第三代戰(zhàn)斗機(jī)聯(lián)合式航空電子系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

GJB289A是面向軍用的數(shù)字式時(shí)分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)，用來為各電子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)和信息的交換提供共享總線，它規(guī)定了MILSTD-1553B的技術(shù)要求，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，還規(guī)定了總線的操作方式和總線上的信息流格式，總線上的通信設(shè)備-終端按其作用可分為三種類型：總線控制器(BC)、遠(yuǎn)程終端(RT)和總線監(jiān)控器(BM)。BC是指在數(shù)據(jù)總線上被指定執(zhí)行啟動(dòng)信息傳輸任務(wù)的終端。RT是指所有不作為BC或BM操作的終端。BM是被指定執(zhí)行接收總線上傳輸?shù)男畔⒑吞崛〗?jīng)選擇的信息以備后用的終端。

1 改進(jìn)的靜態(tài)總線控制技術(shù)

在GJB289A總線的傳輸過程中，大多數(shù)消息的處理按照固定的順序、周期和相位出現(xiàn)，這類消息稱為周期消息，對(duì)于周期消息的傳輸采用靜態(tài)時(shí)間表進(jìn)行，即同步通訊。對(duì)于系統(tǒng)中隨機(jī)突發(fā)的事件或者其他事件的請(qǐng)求消息，這些消息稱為非周期消息，非周期消息的傳輸稱為異步通訊，異步通訊是在有服務(wù)請(qǐng)求的情況下插入同步通訊中的，具有很高的實(shí)時(shí)性，因此，能夠根據(jù)用戶的需要在同步通訊的同時(shí)實(shí)現(xiàn)異步通訊具有非常重要的意義。

BC是在總線上唯一被安排為執(zhí)行建立和啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的終端，總線上所有的消息傳輸都是由BC來控制，為了處理非周期消息，必須對(duì)BC原有的靜態(tài)總線控制協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，這種改進(jìn)的靜態(tài)總線控制技術(shù)主要特點(diǎn)是：當(dāng)消息被更新后才進(jìn)行傳輸，其工作機(jī)制為更新檢測(cè)傳輸。改進(jìn)的靜態(tài)總線控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)更新數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)制有兩種方法：異步服務(wù)請(qǐng)求方式和BC周期查詢方式。異步請(qǐng)求方式對(duì)于非周期消息的響應(yīng)必須要在請(qǐng)求RT獲得總線使用權(quán)時(shí)，BC才能響應(yīng)RT非周期消息的傳輸，即對(duì)消息的及時(shí)響應(yīng)不能保證。相反，BC周期查詢方式是BC以某一特定頻率定時(shí)查詢RT是否存在非周期消息的傳輸，采用該方法可以保證非周期消息響應(yīng)的確定性和及時(shí)性，且由于使用更新檢測(cè)傳輸方式，查詢開銷并不會(huì)很大。GJB289A總線主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求很高的系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)主要考慮消息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性問題，所以本文采用BC周期查詢方式實(shí)現(xiàn)非周期消息的異步通訊。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的GJB289A通信接口采用TI公司出品的TMS320F2812款DSP作為傳輸層軟件運(yùn)行的平臺(tái)，采用的1553協(xié)議芯片為AerofleX公司的

UT1553BCRTM，該芯片為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了一種智能的MIL-STD-1553B多路數(shù)據(jù)總線設(shè)計(jì)解決方案，并在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)了MIL-STD-1553B定義的三種功能-總線控制器BC、遠(yuǎn)程終端RT以及總線監(jiān)控器BM。通過VME總線與子系統(tǒng)主機(jī)連接，使用雙端口存儲(chǔ)器DPRAM完成系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。基于UT1553BCRTM協(xié)議芯片實(shí)現(xiàn)的GJB289A通信接口硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，實(shí)現(xiàn)了模塊的小型化和通用化設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的軟件分為傳輸層軟件和驅(qū)動(dòng)層軟件。傳輸軟件駐留在DSP內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器中，主要完成對(duì)不同類型消息的處理、出錯(cuò)消息處理、同步、啟動(dòng)測(cè)試等功能。

本文設(shè)計(jì)的傳輸層軟件主要實(shí)現(xiàn)了BC和RT的基本功能，下文將著重以BC為例，介紹傳輸層軟件對(duì)于不同類型消息傳輸方式的處理方法。

對(duì)于周期消息的同步通信采用傳統(tǒng)的靜態(tài)總線控制協(xié)議，對(duì)于非周期消息的異步通信采用BC周期查詢方式實(shí)現(xiàn)更新數(shù)據(jù)的傳輸，具體實(shí)現(xiàn)方法為：BC周期利用“發(fā)送矢量字”方式命令，實(shí)現(xiàn)RT僅傳輸刷新數(shù)據(jù)的功能，實(shí)現(xiàn)更新消息的偽實(shí)時(shí)傳輸。

該協(xié)議在總線表中周期插入矢量字的查詢命令，及時(shí)地獲知RT數(shù)據(jù)是否被更新，從而減小總線負(fù)載，提高新數(shù)據(jù)消息的更新周期，使得1553B這樣的靜態(tài)被動(dòng)式總線協(xié)議在一定程度上獲得近似于其他實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議的性能。

由于矢量字有效數(shù)據(jù)位為16位，故本軟件僅支持RT中16個(gè)子地址消息的更新，軟件主要處理分為以下兩方面：

(1)RT產(chǎn)生的數(shù)據(jù)：即RT與RT，或RT與BC之間有更新的消息數(shù)據(jù)，在整個(gè)總線通信過程中，BC周期使用查詢矢量字對(duì)每個(gè)RT的16個(gè)子地址是否有新數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，獲知消息的更新情況，若被查詢的RT有非周期消息需要傳輸，即將矢量字的相應(yīng)位置位通知BC組織非周期消息傳輸。子地址1～16在該RT的專用矢量字中都有相應(yīng)的位來表示，每位表示該子地址的消息數(shù)據(jù)的更新狀態(tài)，矢量字的最低比特位(bit15)與子地址#16相對(duì)應(yīng)，最高比特位(bit0)與子地址#1相對(duì)應(yīng)，詳見圖3。

(2)BC產(chǎn)生的數(shù)據(jù)：即BC有新數(shù)據(jù)傳輸給RT，如果傳輸數(shù)據(jù)是由BC產(chǎn)生的，BC只需檢查該數(shù)據(jù)塊是否刷新，如果被刷新，該消息應(yīng)立即被組織進(jìn)行發(fā)送。

驅(qū)動(dòng)軟件駐留在主機(jī)上，為使各個(gè)設(shè)備的主機(jī)方便使用GJB289A總線，驅(qū)動(dòng)層提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)服務(wù)，以API函數(shù)庫形式提供透明的應(yīng)用接口，協(xié)助應(yīng)用軟件按照系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)與接口控制文件規(guī)定的應(yīng)用層協(xié)議，完成通信任務(wù)。

4 結(jié)語

本文主要介紹了一種采用TI公司的TMS320F2812款DSP作為傳輸層軟件運(yùn)行的平臺(tái)，結(jié)合Aeroflex公司的UT1553BCRTM 1553協(xié)議處理器，完成GJB289A通信接口的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了BC和RT的主要功能。結(jié)合改進(jìn)的靜態(tài)總線控制技術(shù)，本文對(duì)不同類型消息傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式進(jìn)行詳細(xì)介紹，經(jīng)測(cè)試，此設(shè)計(jì)有效提高了GJB289A總線上消息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。