满足航电通信系统要求的ＡＣＥ

满足航电通信系统要求的ＡＣＥ－ＭＢＩ设计

2009-05-12谢冲王奇锋党春勃

现代电子技术 2009年5期

谢　冲　王奇锋　党春勃

摘要：多路传输总线通信接口(MBI)是航空电子系统的通信基石,航空电子系统的任一分系统都要通过MBI才能进入1553B通信系统中。在MBI中,最关键的器件是1553B协议芯片。概述了先进1553B协议芯片BU-61586的组成和功能,以及采用该芯片设计的与型号任务使用的UT-MBI兼容的新MBI设计方案。该方案解决了国内对国外重要元器件的单一依赖现状,目前已经得到了广泛的应用。

关键词：1553B总线;多路传输总线接口;总线控制器;远程终端;总线监控器

中图分类号：TN929文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2009)05-057-03

ACE-MBI Design Meet to Avionics Communication System Requirement

XIE Chong1,WANG Qifeng2,DANG Chunbo3

(1.PLA Military Representative Office in 631 Institute,Xi′an,710068,China;2.Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi′an,710068,China;

3.PLA Military Representative Office in Xi′an Aircraft Industry Company,Xi′an,710089,China)

Abstract：Multi-channel Transmission Bus Communication Interface (MBI) is the foundation of avionics system.Any subsystem of avionics system entered 1553B communication system must by MBI the most critical device of MBI is 1553 B protocol chip.In this paper,the composition and functions of the advanced 1553B protocol chip BU-61586 and the new MBI design plan with this chip which compatible with the UT-MBI used in the models task are introduced.This solution has changed the situation that rely on foreign components too much.It has been extensively used recently.

Keywords：1553B bus;multiplex transmission bus interface;bus controller;remote terminal;bus monitor

0 引言

航空电子系统是航空电子物理设备通过1553B双余度总线综合成一个分布式通信系统。现代航空电子系统中,各个独立的航空电子分系统都是由计算机来完成数据的采集、计算、处理和通信的。总线通信是各分系统之间交换信息、协调一致、实现容错的基础,每一分系统都必须具有1553B多路传输总线通信接口(MBI)才能完成分布式通信任务,可见MBI在航空电子系统中的重要作用。为保证任务需求,扩大芯片来源,在国内尚不具备1553B协议芯片生产能力的情况下,为保证MBI的生产,及时提供给各分系统,最有效的途径之一就是采用多种1553B协议芯片,设计出与UT-MBI具有兼容性的MBI模块。美国DDC公司上世纪90年代推出了ACE(Advance Communication Engine)系列总线通信接口芯片BU-65170，BU-61580，BU-61590和BU-65620等,其中BU-61586芯片从供货渠道、芯片质量上有所保证,可以作为新MBI(ACE-MBI)设计采用的芯片。

1 高集成度ACE芯片BU-61586

1.1 功能概述

BU-61586具有BC/RT/MT三种功能,具有灵活的处理器/存储器接口,12 KB内部RAM,可扩展访问64K×16 b的外部RAM,内部集成了双通道收发器。通过软件编程可任意选择BC,RT或MT功能。除了能完全实现MIL-STD-1553B标准所规定的消息传输外,还具有较强的消息管理功能。在BC方式下,具有自动重试、可编程的消息间隔、消息帧自动重复执行和可编程的响应超时时间。在RT方式下,具有可编程设置命令非法,具有单缓冲、双缓冲和循环缓冲三种缓冲方式下,可编程设置命令非法,可对不同的子地址设置忙位。在MT方式下,可监视字,消息和RT。

1.2 ACE芯片系统结构

ACE作为主机和1553B总线之间的接口芯片,提供了处理器的接口和与1553B总线的接口。该芯片作为高级的通信接口芯片,具有双通道收发器协议处理部件、存储器管理部件、处理器接口逻辑、12 KB的可选存储部件等。ACE与双余度1553B总线连接时非常简单,采用变压器耦合方式时只须直接与变压器相接即可与1553B接口,其结构如图1所示。

2 与UT-MBI兼容的ACE-MBI设计

2.1 ACE-MBI硬件设计

按照航电系统五层通信协议(即物理层、数据链路层、传输层、驱动层、应用层)规定和设计要求,ACE-MBI对UT-MBI在驱动层和应用层上具有兼容性,而物理层和数据链路层由1553B协议芯片硬件实现,因此ACE-MBI与UT-MBI的主要区别在传输层。

ACE-MBI和UT-MBI具有基本相同的结构框图,其结构框图如图2所示。

MBI硬件按其功能特性可划分为三部分：前端区、可编程控制器、后端区。

2.2 前端区

前端区是MBI与1553B总线介质的接口区,由1553B协议处理器和隔离变压器组成,主要完成数据的串/并、并/串格式转换及发送和接收工作,同时对接收数据进行最基本的错误检测和处理。

2.3 后端区

后端区为MBI与主机之间的接口区。其主体为8 KB的双口存储器(左口)和I/O口,它是MBI传输软件与主机应用软件进行数据交换和MBI中断处理的媒介体。双口存储器空间按用途可分为数据区和控制区。

后端区由数据和地址缓冲器、GAL芯片和FPGA实现,包括以下三部分：

(1) 双口存储器地址译码电路；

(2) 中断生成电路；

(3) I/O访问、软复位产生电路。

ACE-MBI与UT-MBI在后端区设计相同。

2.4 可编程控制器

可编程控制器包括以下组件：

(1) 微处理器；

(2) 8 KB RAM,8 KB EPROM；

(3) 可编程时钟(RTC,DT)；

(4) 双口存储器(右口)；

(5) RS 232接口。

可编程控制器主要承担传输层任务,是传输软件的载体,是MBI各功能组件的控制管理中心,其任务是按照已定操作程序及来自主机的命令和数据对MBI实施控制。ACE-MBI和UT-MBI的区别硬件上就在可编程控制器的实现上。

UT-MBI的可编程控制器采用伪双口方式,微处理器通过UT1553B访问双口存储器,UT1553B通过DMA方式访问双口存储器。由于UT内部无RAM,其控制区和数据缓冲区均在双口存储器内。

在ACE-MBI可编程控制器设计中,根据ACE芯片的6种接口方式,有3种可行的接口方式可供选择,即16位透明方式、16位DMA方式和带有外部逻辑以减少微处理器访问双口存储器时间的16位DMA方式。采用三种接口方式的可编程控制器结构框图如图3~图5所示。

RAM时间的16位DAM方式

由于设计要求ACE-MBI在替换UT-MBI时,在驱动层、应用层是透明的,保证UT-MBI原双口格式划分不能改变,但是ACE芯片的控制方式、格式与UT1553B完全不同,那么ACE芯片的控制区只能放在其内部RAM中,这样双口存储器中控制区格式不需修改。

在以上三种接口方式下,ACE芯片数据缓冲区即可放在其内部RAM,也可放在双口RAM中。若将数据缓冲区放在芯片内部,传输软件将担负数据从内部缓冲区向双口的搬家工作,从而降低了工作效率。所以采用将ACE芯片数据缓冲区按UT数据缓冲区格式进行编排,放在双口存储器数据缓冲区内的方式,传输软件仅实现控制信息、总线表、通信表的格式转换和传递,这样就保证了双口存储器中数据缓冲区和控制区的格式不变,原UT-MBI的驱动软件、应用软件就可以直接在ACE-MBI上使用。

以上三种接口方式中,通过可编程控制器结构框图可以看出,16位透明方式需增加数据线、地址线隔离,增加了硬件设计难度和芯片使用数量,降低了MBI的可靠性,不宜采用。后两种16位DMA方式中,16位DMA方式硬件设计类似于UT-MBI的伪双口方式,但这种方式下访问双口存储器的时间较之于带有外部逻辑的16位DMA方式时间较长,带有外部逻辑的16位DMA方式只需增加部分组合逻辑,即可实现。通过减少微处理器访问双口存储器时间可提高传输软件效率,因此带有外部逻辑，以减少微处理器访问双口存储器时间的16位DMA方式应作为首选方案。

3 ACE-MBI通信软件

由于应用层与特定的子系统相关,数据链路层和物理层由硬件实现,所以ACE-MBI通信软件实现驱动层和传输层的功能。

3.1 通信软件结构

通信软件的层次结构及其关系如图6所示。

3.2 驱动软件

驱动软件是实现ACE-MBI上传输软件与主机应用软件间的软件接口,是实现通信控制与数据传输的专用软件。它可以提供各类总线消息数据的读写支持,实现对ACE-MBI内部程序的调用，对计时器的控制及处理。驱动软件的另一主要功能是对主机接收到的ACE-MBI的中断信号进行中断原因分析,并调用系统通信控制(SCC)或局部通信控制(LCC)中断服务程序。

驱动软件按其功能可分为MBI控制、系统控制、计时器控制、消息控制和MBI中断服务。驱动软件驻留于主机中。

ACE-MBI与UT-MBI驱动软件相同。

3.3 传输软件

传输软件控制航空电子系统多路传输数据总线上的数据传输,它在主机的控制下能够完成通信系统的传输层协议,实现故障检测与处理、双余度总线的管理与切换、实时时钟RTC的同步、控制信息、总线表、通信表的格式转换。传输软件包括通信表、总线表和控制程序几部分。

通信表主要用于定义出入BC或RT各类消息的物理名、逻辑名、终端子地址、消息功能及其总线属性等相关信息之间的对应关系。

总线表(BC专用)用于管理和组织执行位于总线通信过程中有效终端RT间的数据传输,包括优化总线指令表及一些相关信息。

控制程序是在MBI的正常操作过程中可由MBI内的微处理器独立执行的程序。

ACE-MBI的传输软件比UT-MBI的传输软件多一项任务,即进行控制信息、总线表、通信表

的格式转换和传递。