陈阳 刘育红

摘要：综合航空电子系统正向综合化、信息化、技术化、模块化及智能化的趋势发展，现代飞机上电子设备或子系统都装备了独立的计算机，采用1553B数据总线将整个航空电子系统交联在一起，用以满足各传感器、功能单元和子系统之间信息共享、功能综合处理和任务实时性的要求，构建了综合性的航空电子系统。对综合航空电子系统通讯技术的研究有利于技术人员更好的理解系统消息的控制和传输方式，便于外场机务人员对飞机的地面维护，内场人员对机载设备的修理。

关键词：  综合航空电子系统;通讯;消息;1553B

1 概述

综合航电系统是现代军用飞机的重要组成部分，主要承担显示控制、管理与任务计算、导航、通信、态势感知、自卫防御、外挂物管理、数据管理等功能。综合航电系统经历了分离模拟式、分离数字式、联合数字式和综合模块化4个阶段的发展，其中联合数字式（国内称综合航电系统）和综合模块化两种结构在现役军机上应用较多。综合航电系统通过机载1553B数据总线来实现各终端子系统之间的共用信息协调使用及实现子系统的相互协作。

2 综合航电系统组成

综合航电系统主要由通信导航识别子系统、大气数据子系统、惯性导航子系统、数据加载记录、任务计算、显示控制、雷达、光电瞄准、电子战、外挂物管理、非航电管理子系统等组成，以显示控制子系统中的管理处理机为总线控制器（Bus Controller，BC），其他子系统为远程终端（Remote Terminal，RT），通过1553B总线将这些子系统互连在一起，实现系统信息共享。接口适配器挂接在总线上，实现综合航电系统和自动飞行控制系统的信息交互，典型的综合航电系统组成如图1所示。

3 1553B总线组成及功能

MIL-STD-1553B“飞机内部时分式指令/响应多路传输数据总线”，总线系统的操作是指令/响应型的异步操作，总线系统信息传输的唯一控制权归总线控制器所有，数据总线上的信息传输以半双工方式进行，总线信息流由消息流组成。基本结构如图2所示。

BC管理总线上的数据流。虽然有多个远程终端都可以起到总线控制器的作用，但是在任何一个时刻只允许一个总线控制器是激活的。总线控制器是唯一可以向数据总线发布指令的设备，这些指令可用于数据传输，也可用于总线管理。

RT终端将模拟数据和离散数据转换成标准规定的总线数据格式，子系统是从总线上接收数据传输服务的装置或功能单元。远程终端与子系统的连接方式有两种：一是相互分离，通过其他线路连接，这种方式的好处是便于多个子系统通过一个远程终端与总线接口;另一种是远程终端嵌入在子系统内部，以接口卡的形式插入到机箱内，目前大多数远程终端都是嵌入式。

4 总线通讯传输消息格式

1553B定义了数据传输、方式控制和广播消息三类消息传输格式。

（1）数据传输消息格式

数据传输消息格式有3种，格式定义如图3所示。

总线控制器到远程终端（BC→RT）的消息：总线控制器向远程终端输出一个指令字，紧接着（在传输中没有任何间隙）发送指令字中规定数量的数据字。远程终端在确认了指令字和所有的数据字后，在所要求的响应时间内发出它的状态字。远程终端必须及时地完成本次操作，以准备接收总线控制器发出的下一条指令。

远程终端到总线控制器（RT→BC）的消息：总线控制器仅向远程终端发送一个发送指令字，远程终端确认指令字后，先是发送它的状态字，接着是指令字所请求数量的数据字。

远程终端到远程终端（RT→RT）的消息：总线控制器先向接收终端发送一个指令字，紧接着向发送终端发送一个指令字。接收终端等待数据的到来，但指令字后不是数据，是一个指令同步字段（第2个指令字）。接收终端忽略这个字，观察带数据同步字段的数据字。发送终端忽略第一个指令（该指令不含发送终端地址）。发送终端发送状态字和要求的数据字。接收终端忽略第二个指令字后，再等待下一个字的指令同步字段。下一个字（第一个被传输的数据）此时有数据同步字段，接收终端开始收集数据，所有数据收集并确认后，接收终端发送状态字。

（2）方式控制消息

方式控制消息有3种，格式定义如图4所示。

方式控制消息可不带数据字，也可带一个数据字（发送或接收）。状态/数据的次序安排与RT→BC或BC→RT消息的情况相同，但是数据字的计数是1或0。

（3）广播消息

广播消息传输格式与非广播消息格式相同，但是有两个例外，一是总线控制器发送指令到远程终端地址31（11111），该地址专用于广播消息传输。二是广播消息同时向多个远程终端发送，接收消息的远程终端禁止发送状态字，避免多个远程终端在同一时间发送状态字“堵塞”总线。其中有一个例外，在进行RT→RT的廣播操作时，发送数据的远程终端要先返回状态字。

（4）消息间隔与响应时间

消息间隔时间为前一消息最后一位的中间过零点到邻接的消息中指令字同步头的中间过零点的时间，如图5所示。总线控制器不发出无字间间隔的连续消息，消息之间的时间间隔应大于4.0us。

远程终端响应有效指令的间隔时间为4.0us～12.0us，该时间为状态字之前的最后一个字的最后一位的中间过零点到状态字同步头中间过零点的时间。

总线控制器在一路总线上启动传输后，14.0us内未收到状态，则认为远程终端最小无响应超时。

5 消息传输

航电系统总线消息由BC组织传输，BC能够自动启动从子系统来的多个消息描述块，每个消息描述块由指令字、数据地址、控制信息等组成，多个相关消息描述块组织成消息列表。消息列表一般存放在子系统的可共享存储器中，子系统把要发送的数据映射到存储器内部，并把消息列表的地址指针写入BC，由BC自动将消息列表中的多个消息发送到总线上。消息列表的组织最常用的有堆栈和链表两种方法。

（1）消息堆栈

在消息堆栈结构中，每个小周期的消息用独立的堆栈进行存储，在堆栈中存储消息指针，每个指针指向在公共存储器中读或写消息描述块的地址。比如在图6中，堆栈1内部存储了6个消息指针，每个消息指针可指向相同或不同的消息描述块，比如消息指针1指向消息描述块1，而消息指针2和消息指针6同时指向消息描述块2。

当小周期开始时，子系统处理器重新初始化堆栈指针指到适当的堆栈，并把堆栈指针写入BC，BC即可通过堆栈中的消息指针读写公共存储器中的消息。

消息堆栈最容易实现，缺点是往一个堆栈中插入一个新的消息很困难，比如检测到差错时向消息流中插入一个差错恢复程序，或根据操作员输入插入非周期消息，这就要求子系统要建立一个含有要增加消息的新堆栈，并改变消息指针，当增加消息完成时，子系统将重新初始化堆栈指针指向最初的堆栈。

（2）消息链表

在链接列表的结构中，每个消息描述块中增加指针，用来指向下一个被发送的消息描述符，多个消息描述块通过指针链接形成链表，如图7所示。

当小周期开始时，子系统处理器重新初始化链表指针指到链表中的第1个消息描述块，并把该地址写入BC，BC即可通过该地址依次读写公共存储器中的消息。消息链表方法的优点是在指定小周期消息流中插入消息非常简单，其缺点是在同一周期内多次使用同一消息时，要建立多个消息描述块，子系统需要更多的存储器空间和更多的系统开销来保持这些消息的完整性。在传送周期消息时，当BC要发送一个非周期消息（操作员的命令或数据字中的数据引起），子系统处理器必须修改当前消息流把这个消息包含在内，通常可在当前消息描述块的尾部或下一个消息块的顶部放入该非周期消息指令，或通过专门的BC指令插入该消息，作为下一个消息输出。需要说明的是，为了减小总线传输的消息量，有效提高系统的实时性，总线消息传输时，在上述数据传输机制中增加更新机制，只传送更新的数据，具体做法是：对于BC→RT的消息，由BC检查发送给每个RT的数据是否更新，若更新则启动消息的总线传输。对于RT→BC和RT→RT的消息，在每个RT中增设一个矢量字，在消息列表的编排时，要增加一些查询RT有无更新数据块的方式控制消息（带数据字的方式指令（发送）），RT回复矢量字，BC检查矢量字的相应位，并按消息列表执行消息传输。

5结束语

本文基于综合航空电子系统的技术特点，对系统通信技术进行了研究，本文对技术人员具有重要的参考价值和指导作用，有利于提高保障装备的完好性、提高维修效率，对综合航空电子系统通信技术发展和广泛应用起到了推动作用。

参考文献：

[1]陈阳.航空电子装备维修技术与实践[M].北京：国防工业出版社，2019.

[2]GJB289A-97 數字式十分制指令/响应型多路通信数据总线[S].1997.