田 苗，刘爱元

（1.海军装备部西安局，陕西兴平713107；2.海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001）

随着多电飞机和全电飞机技术的不断发展，飞机的数据通信技术已经深入到各个系统中，并且形成了以总线组网的通信系统[1]。其通信方式有很多种，如ARINC429总线、1553B总线等[2-3]。1553B总线是响应型通信形式，实现主控端与远程终端之间通信，在现代飞机航空电子系统及其他领域有着广泛的应用，其采集、记录、处理技术是数字式控制器（DCU）的关键技术之一。由于1553B总线处理数据速率高、结构复杂、类型多、处理要求多样，因而总线数据处理成为DCU 数据处理的重点和难点之一。本文以数字式控制器为平台，融合DDC公司的BU61580协议芯片，采用合理的软件、硬件设计，设计了1553B 通信解决方案，该方案已通过地面电网联试试验的验证。

1 通信数据总线1553B简介

总线协议为传输提供一套编解码的标准，以便各子系统之间能够相互传递数据信息和进行数据处理。1553B总线是一种标准的国际数据总线，即MILSTD-1553B标准，全称为飞机内部时分制指令响应式多路传输数据总线。它是航空综合系统的标准总线，被用来为各种系统之间的数据和信息的交换提供媒介[4-6]。1553B 总线是一种集中式的时分串行总线，其主要特点是分布处理、集中控制、高可靠性和实时响应。

1553B 总线通信网络由终端设备、网络器件和总线传输介质组成，其结构如图1所示。

1）终端设备：数据传输的需求者，不属于1553B网络器件。

2）BC（Bus Controller）：控制协调总线信息的传输，属于1553B网络器件。

3）RT（Remote Terminal）：充当子系统与1553B 总线网的接口，属于1553B网络器件。

4）MT（Monitor）：“监听”网络，一般不干预网络传输，属于1553B网络器件。

图1 典型单级双冗余1553B总线系统

2 硬件设计

在1553B 总线系统中，多路数据总线接口单元是核心功能单元。本系统中采用的是美国DDC 公司上世纪90年代推出的新型高级协议处理芯片ACE（Adanced Communication Engine）BU-61580。该芯片兼具BC、RT、MT 3种功能于一身，有利于实现接口电路的一体化设计。

BU-61580 采用单+5 V 供电，无须其他外接电源，供电简单；它集成了双通道收发器、协议处理器、存储器管理、处理器接口逻辑和内置4 k×16位RAM，实现了与1553B终端的全兼容。BU-61580外部有70个管脚，外形封装采用DIP封装。

BU-61580 与微处理器CPU 共有6 种接口结构形式，分别是16 位缓冲方式、16 位透明方式、双口RAM方式、16 位直接存储方式、带扩展逻辑的16 位DMA方式和8 位缓冲方式。本文采用16 位缓冲方式的设计方案。

2.1 机载配电控制器硬件设计

机载配电控制器的CPU 平台通常采用8085、C51、DSP（F240）3 种。在交流电控制上采用8085 和F240两种军级的CPU，均为5 V供电。其中，8085为8位数据总线，而F240 为16 位数据总线。该设计选用16 位数据处理能力的DSP，即基于SMJ320F240 的DSP处理芯片为核心的DCU。

DSP 模块采用DSP 芯片（SMJ320F240）及其保护电路，完成DCU 的控制和管理、与其他模块进行信息交换并完成解算和控制等任务，实现DCU与外接的通讯功能（主要为RS422通信功能），并且能够完成DCU数据的记录和输出功能。

DSP模块结构框图如图2所示。其主要硬件配置为DSP 电路、时钟电路、处理器监控电路、存储器电路、可编程逻辑电路CPLD、UART 电路、RS-422 接口电路和1553B通信电路。

图2 DSP模块结构框图

2.2 机载配电系统1553B总线的通信协议

主交流电源配电系统的汇流条功率控制器BPCU与4 个发电机控制器DCU1-DCU4 通过1553B 总线进行通讯，完成对4 个发电通道的控制状态的监控。根据主机厂的通信协议和系统组成，BPCU 为BC，DCU为RT。1 个BPCU 控制4 个DCU，即1553B 网络组成为1个BC、4个RT。

根据通信协议，有2 种通信方式消息格式：①BC→RT，②RT→BC。该2种消息格式的执行逻辑如下：

①BC→RT：汇流条功率控制器BPCU 以广播方式向发电机控制器DCU1-DCU4 发送一个数据字，且采用广播方式进行传输。数据字中按位定义命令RT进行发电等操作，告知RT飞机所属空中/地面状态。

②RT→BC：任何一个通道的发电机控制器DCU接到汇流条功率控制器BPCU 发送的指令后，向其回复带有该发电通道信息的3个数据字。第1个数据字为发电通道状态字；第2、第3个数据字为故障代码字，采用BC发送指令后，传送数据。

2.3 机载配电系统1553B总线硬件设计

根据主交流电源系统的组成和通信协议，明确了发电机控制器DCU需要实现1553B通信的具体内容，实现了RT 全功能。主交流电源的配电系统1553B 总线结构如图3 所示。系统定义4 个RT 地址分别，为“0x0C”、“0x0D”、“0x0E”和“0x0F”。

图3 配电系统1553B总线结构图

根据BC/RT/MT3种功能协议芯片BU61580，选择16位缓冲模式来设计1553B通信板，该模式提供了一种从共享RAM到16位微处理器的接口。工作在该方式下时，其内部地址和数据缓冲区与DSP 的地址、数据总线分开，并且共享BU-61580内部的RAM。

机载配电系统1553B 通信板原理框图如图4 所示。它由以下几部分组成：数据线驱动电路、地址线驱动电路、RT地址选择电路、控制信号驱动电路、协议芯片61580、脉冲变压器电路和晶振电路。

图4 机载配电系统1553B通信板原理框图

2.4 硬件资源分配和逻辑设计

结合CPU 硬件资源，设计规划了BU-61580 地址映射和硬件控制逻辑。

DSP240 的硬件资源分布和译码是通过可编程逻辑电路，采用JSM1032完成地址译码、中断逻辑处理、等待逻辑和复位逻辑等功能。

1）地址译码。包括SRAM 存储器地址译码、NVSRAM存储器地址译码、16C552地址译码、I/O空间外部访问和中断标志寄存器地址译码；

2）中断逻辑处理。根据板外部中断和看门狗的输出等信号源，分别在F240内部经译码后形成外部中断；

3）等待逻辑。用于XIOCS0#～3#访问时提供等待逻辑；

4）复位逻辑功能。DSP 模块共有2 个复位源，分别是上电复位和GCS 复位；根据这2 种复位，产生F240复位信号和16C552复位信号，并实现辨别2种复位源。

BU-61580需要分配的硬件资源有4 k×16位RAM和内部寄存器，是通过5#引脚MEM/REG#来实现选择控制的。根据CPU 资源分配，DSP 数据空间中的0xD000为4 k×16位RAM的寻址起始地址。DSP数据空间中的0xC000为BU-61580的内部寄存器的寻址起始地址。BU-61580 的STRBD#和SELECT#等信号用DSP的I/O端口操作完成。

3 软件设计

3.1 1553B总线软件总体规划

1553B 通信软件开发采用固定周期查询方式进行，既可满足通信的实时性，也能满足现有数字式DCU 的任务周期和软件架构特点[7-8]。本文采用结构化程序进行设计，开发的嵌入式软件程序分为2 个部分：第1部分进行底层硬件的驱动程序编写；第2部分进行通信应用层开发。

3.2 1553B总线软件的设计

1553B 总线软件底层驱动设计，是在DSP 程序初始化阶段完成的。它定义了BU-61580内部寄存器和缓冲4 k×16位RAM与数据区的关联性[9-10]。为支持大数据量的传输，BU-61580提供了RT增强存储器管理，允许将广播的数据和非广播接收的数据分开，有助于发送和接收数据块的连续性。采用单消息模式，DSP首先初始化堆栈指针和数据块地址查询表，其中，描述符堆栈大小默认为256个字；消息开始传输时，每接收到一条消息，BU-61580 会自动填写。DCU 作为RT终端，其软件的应用层有2 个：一是DCU 接收和发送。及时接收广播任务指令响应，从BU-61580 的数据缓冲区中提取数据；按时发送数据到BU-61580 的数据缓冲区。二是数据处理。分别将接收和发送的数据进行汇总和处理，同时按数据指令进行DCU 操作。

数字式DCU 控制器的接收程序流程图和数字式DCU控制器的发送程序流程图分别如图5、图6所示。

图5 接收BPCU数据流程框图

图6 向BPCU发送数据流程框图

4 试验结果与分析

经过调试和试验，可以得到如图7 所示的1553B通信实时波形图。

由试验波形图看到，本文设计的机载配电系统1553B 通信板实现了BC→RT 和RT→BC 2 种消息格式的通信协议功能，有高可靠性和实时响应的特点。

5 总结

基于1553B 总线的飞机自动配电系统是飞机配电系统发展的一个主流方向。本文以1553B 通信数据总线为研究对象，设计了一种机载配电系统1553B通信数据总线。结合现代数字式控制器DCU的平台，以DSP的F240为核心，以DDC公司的BU-61580协议芯片为基础，实现了机载配电系统1553B的机上通信要求。设计的机载配电系统1553B通信数据总线，通过地面电网联试验证，能够良好的运行。

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