雷婉星，曹兴冈

（航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710065）

0 引 言

机载记录仪工作在飞行状态，工作环境复杂多变，常会出现数据失真、数据不连续和数据丢失等问题，影响数据传输的有效性。1553B总线是专为飞机设备制定的一种信息传输总线，自身传输效果强，且具有强大的抗干扰能力，通信灵活且可靠，冗余容错能力强等众多优点，非常适合应用于机载数据记录仪设计。可见，实现机载数据记录仪的1553B总线接口设计，对提升记录仪准确性与可靠性具有重要意义。

1 系统构成

在记录仪设计中，采用模块化设计思想。进行1553B总线接口相应模块设计中，主要将其设计成一个具有独立功能的单一模块，通过自定义形式的总线接口，实现接口模块与基板之间的有效连接。其中，使用的接插件型号是HJ30J-18TJWP58航空接插件[1]。实际工作中，该系统主要是利用1553B接口模块接收机载计算机中相应信息数据后反馈到记录仪上，之后将相应的消息数据进行解析，获得16位的数据字，并将该数据字向基板发送，在基板实现相应数据字接收后，对其他相关记录模块实际工作实现统一化管理。系统结构如图1所示。

该系统中，总线控制器是机载计算机，1553B总线接口模块属于远程终端。将远程终端地址和子地址都设定为1，通过总线控制器发送BC→RT指令进行1553B总线实际的数据传输。记录仪依据远程终端中自定义的相应控制指令进行信息数据的接收。

图1 系统结构

2 1553B总线接口模块设计

1553B总线接口模块最主要的作用是实现机载计算机和记录仪之间相互通信的连接，能够依据1553B总线协议对信息数据进行有效处理，同时将通过解析获得的相关数据向基板发送。1553B总线接口模块结构中，硬件电路包括时钟管理、电源管理、FPGA配置接口、FPGA控制以及1553B总线接口等模块。多种模块组成下，实现了硬件电路的构建[2]。

2.1 接口模块的硬件设计

1553B总线接口模块由电气接口、1553B耦合变压器和1553B总线收发器构成，主要功能是将1553B总线中的相应数据通过总线变压器实现码型转换，再将转换后的数据传输到FPGA功能模块。1553B总线相应电气接口为BUSA/BUSB，属于单通道双冗余。这种模式实现通信功能的效率高，且具有很强的容错能力，使用的主要插件是1553B总线专用的CJ450连接器。实现BUSA/BUSB通道和总线控制器相互连接，主要通过变压器耦合方式实现。对双冗余通道中1553B相关消息数据实现收发功能，主要通过收发器将需要向终端传输的数据总线上的双电平曼彻斯特码直接转换为单电平曼彻斯特码，还可以把即将向总线发送的相应单电平曼彻斯特码向双电平曼彻斯特码转换。设计使用了HI-1573收发芯片，其中包含两个相互独立的收发模块，完全能够满足设计需求。

2.2 FPGA控制模块的设计

结合记录仪实际操作功能的具体要求，此次设计有效利用FPGA，对总线协议实现选择性的处理，即1553B接口模块仅接收BC-RT类型的相关命令，系统响应后返回BC端状态字和数据字[3]。这种方法实现了对传统1553B相应协议芯片的替换，价格低，有效节约了开发成本，实现了外围电路的全面简化，电路稳定性更强，设计也更具灵活性。

对FPGA相应控制模块进行内部设计，主要是对编码器、译码器、协议处理以及控制功能进行有效设计。在总线上实现传输的相应串行数据传输到译码器后进行有效解码，解码出一系列相关被译信息。之后，相关信息会被传输到协议处理和控制功能模块，由其对相应信息进行更加准确的辨别和有效处理，然后结合信息相应情况作出不同回应。向编码器发送获得的相应数据字、状态字和字格式信号，最后通过与1553B总线相符合的数据格式，将信息数据有效传输至BC端。

2.2.1 设计译码器

在进行译码器的设计过程中，主要包括对串并转换和奇偶校验、同步头检测和码型转换三个模块的设计。它主要的功能设计是把1553B总线相应收发器中的串行数据在通过译码器各个模块之后，有效提取指令字的格式、16位的并行数据、同步头检测和奇偶校验中得到的各种错误信息，以此为后续模块使用做铺垫。

2.2.2 设计控制功能及协议处理模块

设计控制功能及协议处理模块的时候，主要对模块下数据整合、协议处理以及状态字寄存器三个模块进行具体设计[4]。实现该模块设计主要是为了准确辨认译码器发送的相应信息，并对信息加以处理，结合不同信息具体情况作出相关回应，之后实现数据字和状态字的准确生成，并将这两种字向编码器传输与发送，同时向基板模块发送16位的数据字。

2.2.3 设计编码器

设计编码器就是设计译码器相应的逆过程。该设计主要是在协议处理和控制功能相应模块获得16位的数据字和状态字，并在码型转换、并串转换后获得曼彻斯特Ⅱ型码，之后进行奇校验位和同步头的相应添加，向1553B总线进行数据传输。采用串行传输方式，传输速度为1 Mb/s。

2.3 设计其他相关硬件模块

除了上述相关模块，硬件模块还有FGPA配置接口、电源管理以及时钟管理等相关模块[5]。设计电源管理模块时，主要是综合考虑不同元器件相应供电要求后，把原先为5 V的相应输入电压进行转换，通过电源转换芯片将相应电压转换成1.5 V和3.3 V的所需电压值。进行时钟管理相应模块的设计，主要是将20 MHz相应时钟提供给FPGA。对FPGA配置接口进行模块设计，主要是通过JTAG这种配置方式进行有效配置，其中将EPCS4N选定为配置芯片。

3 系统测试结果

系统测试设计时，主要通过地面站有效测试记录仪。具体测试中，将包含设置1553B通信板卡相应的计算机当做BC端，之后把0029h自检命令发送至记录仪中的0001h的RT地址，同时向0001h的子地址发送，通过消息配置得到0821h的命令字。在有效发送消息命令后，记录仪会将数据字和状态字反馈到BC端，获得0029h的数据字和0800h的状态字[6]。之后通过科学计算得出记录仪实际返回的相应状态字完全正确，证明记录仪和BC端能够正常通信。

对FPGA中相应的1553B协议处理进行正确性验证，通过QuartusⅡ集成的相应软件观察和检测FPGA中的译码器、协议处理和控制功能模块的实际工作状态。通过BC段发送0821h命令字，观测相应译码器的数据转译，译出数据0821h。同时，与之同步的类型信号属于1，代表命令字是0821h，证明译码过程完全正确。

分析观测协议处理和控制功能模块中的主要信号后发现，发送0821h的命令字和0029的数据字后，系统中的协议处理和控制功能相应模块最先进行0800h的状态字回复，之后实现0029h的数据字回复，这和BC端收到的相应状态字和数据字一样，同时状态字和数据字两者同步头类型显示的分别是1和0，表明设计模块完全正确。

多次试验机载测试后发现，每一次记录仪都可以对机载计算机中相关的信息数据实现准确、稳定且完整的接收并作出正确响应，证明设计的机载数据记录仪的1553B总线接口具有高度有效性和可利用性。

4 结 论

实际中，由于总线通信中包含的技术较为有限，多是通过USB2.0或者RS232总线接口实现通信，以此实时记录测试数据。该方法虽然操作简单、成本低且方便可行，但是在实际飞行环境中经常出现数据失真、传输不稳定等问题。因此，本文通过模块化设计理念对机载数据记录仪的1553B总线接口实现创新设计，并通过科学方法进行测试，得出了该设计具有高度可操作性与有效性，能够使数据传输更加准确、稳定与完整，达到了理想效果。

[1] 张明珠.基于FPGA的CAN、1553B与USB总线的协议转换模块的研究与实现[D].长春：吉林大学，2016.

[2] 穆蔚然，靳 鸿，张志伟.基于自定义协议的机载数据记录仪控制系统设计[J].自动化与仪表，2018，（2）：82.

[3] 杨 寒，范祥辉.一种主备自主切换1553B总线接口模块设计与实现[J].信息通信，2016，（5）：92-93.

[4] 李 昊，管立琼，张 莹.基于HI-6130的1553B总线远程终端设计[J].兵工自动化，2016，35（5）：29-32.

[5] 陈 伟，蒋范明.基于1553B总线接口的星载机构驱动器设计[J].电子产品可靠性与环境试验，2016，34（5）：34-41.

[6] 试设备的设计与实现 [J]. 电脑知识与技术， 2016， 12（9）： 168-170.