1553B总线监控器的设计与实现

蒋国峰，白 红

（空军第一航空学院 航空电子工程系，河南 信阳 464000）

联合式航空电子系统是在三代机中广泛应用的一种系统结构，其实质是一种通过1553B总线连接的分布式计算机网络[1]利用航空电子总线连接飞机内部各子系统可以使系统具有较大的灵活性，是现代飞机发展的必然趋势。航空电子总线给系统带来灵活性的同时，却给飞机的维护维修带来了新的问题，联合式航空电子系统中各设备之间的信息传输大部分都是通过总线进行传输的，在飞机研制、调试和维护过程中，当飞机内部某子系统或设备报故时，很难判断是该子系统或设备本身出现了故障，还是该子系统与总线之间并没有实现正确的信息交换，增加了系统的排故难度，阻碍了飞机维护维修和保障能力的快速形成，因而设计一种能够迅速识别总线信息、监测总线信号波形的1553B总线信息监控器，具有十分重要的意义。

1 硬件电路设计

1553B总线作为联合式航空电子系统的四大支柱之一，具有集中控制、分布处理和实时响应的特点[2]，其终端类型包括总线控制器（BC）、远程终端（RT）和总线监视器（BM），要监控1553B总线信息，只需利用具有BM功能的1553B总线终端接入被监控的1553B总线网络中即可[3]。为保证总线信息传输的可靠性与实时性，1553B总线对信号传输电缆和连接器均具有严格的要求[4]，目的就是为了保证总线信号传输过程中电气特性不发生畸变，1553B总线作为一种航空总线，工作环境恶劣，传输电缆不可避免的与其它航空机件进行摩擦，如出现较为严重的磨损，就会造成总线信号电气特性的畸变，严重影响了设备间信息传输的可靠性，使设备的工作出现故障。设计的1553B总线信息监控器出了能够监控总线信息之外，还需能够监测总线信号的电气特性。

为保证监控器的便携性和功能可扩展性，监控器的显示控制和数据处理部分采用便携式工控机，通过扩展具有BM功能的1553B总线接口卡和虚拟示波器卡，构成一个通用的1553B总线信息监控和信号监测功能的硬件平台，其结构组成如图1所示。

图1 硬件系统组成框图Fig.1 Block diagram of hardware

1.1 便携工控机

便携式工控机是整个系统的显示、控制和数据处理中心，为保证设备复杂的工作环境和可靠性，并考虑了系统的功能可扩展性，便携式工控机采用FLP-200现场型便携机，具有体积小、重量轻、高亮度等特点，保证了系统的便携型和强光下的可读性。该便携工控机具有3个PCI插槽，保证了1553B总线接口卡和虚拟示波器卡的安装和系统的功能扩展。内含两块智能型快速充电锂电池，使得设备可以半小时将电充满并保证设备连续工作不小于4小时，也可采用220V/AC供电，较好的满足了设备的使用需求。

1.2 1553B总线接口卡

1553B总线接口卡是系统的核心设备，用于和被监控1553B总线网络之间的通信，实时监控1553B总线上的信息，1553B总线接口卡选用恩菲特公司研制的EP-H6273多功能卡，它是一种基于PCI总线的智能化、通用化和标准化特征的1553B多路传输总线通信接口模块，可以在同一时刻运行BC、BM和RT的任意组合。在对1553B总线监控时，通常使用BM模式。

BM（Bus Monitor）模式提供了监视和记录所有消息的功能，也可以过滤掉某些消息，过滤基于命令字处理模式（在RT to RT是基于第一个命令字的），Microcode可以禁止/允许各类消息存储到BM Buffer中，过滤选项可以设置记录指定消息的第几条。BM提供了消息的时间标记和命令、数据、状态的错误信息，记录所有出现在总线上的消息，存储所有收到的命令、数据和状态到BM数据存储区。BM Buffer是一个首尾相连的存储空间，可以存储10 240个消息，当存储到Buffer尾时自动从头开始，并覆盖原来的消息。

1.3 虚拟示波器卡

虚拟示波器卡和应用软件配合，构建成了一个存储示波器。为保证总线信号采集的速率和存储深度，选用了LDI420VSE双通道示波器卡。它是一种基于PCI总线的采样速率为50 Ms/s、AD分辨率为12 bit、每通道可存储1 024 Ksa采样点的虚拟示波器卡，具有数据采集、信号测量、过程监测、多种触发等功能，并支持二次开发，广泛应用于高速的数据采集、自动测试及自动控制系统中。

2 软件系统设计

硬件是系统功能实现的基础和保障，软件是系统功能实现的关键与核心，基于硬件平台，软件系统应能够实现总线数据的监控、记录、回放和故障状态分析功能。软件系统的设计包括操作系统的选择、开发平台的选择、软件系统结构设计、软件流程设计、人机接口设计等。本系统选择Windows XP操作系统，利用LabWindows/CVI和Microsoft Access作为开发平台。LabWindows/CVI是一个完全的ANSI C开发环境，用于仪器控制、自动检测、数据处理的应用软件。Access数据库是Microsoft公司推出的微机数据库管理系统，具有界面友好、开发简单、接口灵活等特点，是典型的新一代桌面数据库管理系统。

2.1 软件系统结构

为保证程序的可移植性和开放性，软件系统采用了层次化结构，软件系统结构框图如图2所示，由人机接口层、数据库管理和信息采集层三层结构组成，人机接口层包括系统设置、数据监控、数据仿真等功能，主要是用于系统功能选择、信息显示选择等人机功能交互；数据库管理层是软件系统的核心，针对不同的系统型号要求设计一整套总线系统数据的定义（包括系统的控制逻辑、物理量（参数）的意义，比例关系、物理量（参数）的单位，有无符号位、编码形式、故障代码等各种信息），并利用ICD设计工具输入到ICD库中[5]，而仿真/测试系统的其它部分不需要改变，保证了系统的开放性和功能可扩展性；信息采集层主要用于对总线上的原始数据和波形进行采集，与被采集的总线数据按照规定的1553B总线协议进行通信，主要由1553B总线接口卡和虚拟示波器卡等硬件电路完成。

图2 软件系统结构Fig.2 Structure of software

软件程序的设计按照系统的功能主要有ICD库接口模块、命令/块号映射模块、总线数据采集模块、总线波形采集模块等多个功能模块。ICD库接口模块主要用于对ICD库信号进行调用解析，完成与块处理模块之间的信息比对；命令/块号映射模块根据优化的IO表中的规则，完成命令号与块号之间的映射关系；总线数据采集模块则是由1553B总线接口卡按照1553B总线协议，采集被监控的1553B总线信息，经过总线数据解码后，由消息映射模块结合命令/块号之间的映射关系完成总线数据与消息之间的对应。块处理模块根据消息映射模块和ICD接口模块的输入信号完成信号功能的解读，并通过参数文件、图形显示或总线数据记录/显示模块对解读后的信息按照选择进行多种形式的处理。总线波形采集模块主要是由虚拟示波器卡采集被监控的1553B总线数据，并在相关软件的配合下，对1553B总线数据的波形进行记录或显示。

2.2 软件功能模块组成

为适应件系统的层次化结构，并保证程序的适应性，软件程序的设计按照系统的功能分解为ICD库借口模块、命令/块号映射模块、总线数据采集模块、总线波形采集模块等多个功能模块，其组成框图如图3所示。

ICD库接口模块主要用于对ICD库信号进行调用解析，完成与块处理模块之间的信息比对；命令/块号映射模块根据优化的IO表中的规则，完成命令号与块号之间的映射关系；总线数据采集模块则是由1553B总线接口卡按照1553B总线协议，采集被监控的1553B总线信息，经过总线数据解码后，由消息映射模块结合命令/块号之间的映射关系完成总线数据与消息之间的对应。块处理模块根据消息映射模块和ICD接口模块的输入信号完成信号功能的解读，并通过参数文件、图形显示或总线数据记录/显示模块对解读后的信息按照选择进行多种形式的处理。总线波形采集模块主要是由虚拟示波器卡采集被监控的1553B总线数据，并在相关软件的配合下，对1553B总线数据的波形进行记录或显示。

图3 软件系统功能模块组成框图Fig.3 Function block diagram of software

2.3 人机界面设计

为保证良好的操作性，人机界面采用了主界面和子界面相结合的方式，主界面面板如图4所示[6]。软件系统主界面监控信息涵盖了1553B总线协议规定的所有内容，包括消息号、消息类型、时间、RT地址等内容，在程序运行过程中，操作者可选择进行监视的控制、波形显示选择、记录保存与删除、监视设置及消息的分析等操作，如图4所示。

图4 软件系统主界面Fig.4 Main interface of software

被监控总线设备的人机界面，包括标准库数据和监控数据两个子窗口，通过比较监控识别的总线信息与标准库数据信息，即可分析识别总线信息，自动的将该设备的功能和工作状态信息进行实时显示。图5所示的是对电台的总线监控界面，包括标准库数据和监控数据两个子窗口，通过比较监控识别的总线信息与标准库数据信息，即可分析识别总线信息，自动的将电台的调制方式、抗干扰状态、抗干扰方式、静噪模式、明密方式、工作模式等信息进行实时显示。

图5 电台信息监控界面Fig.5 Monitor interface of transceiver

2.4 软件流程设计

根据系统的功能需求和系统工作流程设计的软件系统流程如图6所示，选择进行1553B总线信息监控或波形监控，对相关硬件资源进行初始化，循环等待被监控总线信号的输入，将监控的信息与ICD数据进行比对，并与设备的功能相关联，将结果以选择的形式进行输出显示。

图6 软件系统流程图Fig.6 Flow chart of software

3 结束语

该设备为解决某型飞机航电系统维护过程中的排故难题，具有1553B总线信息的实时监控、存储、分析及总线信号波形显示功能，解决了飞机航电设备和总线故障快速识别与隔离的难题；实现了监控信息与相关设备的功能关联，有效解决了总线信息的判读难题，大大提高了总线信息的识别效率。该监控器性能稳定可靠，操作简便，可应用于飞机航电系统研制、调试和维护过程中，通过扩展和升级ICD数据库，可广泛应用于其它型号飞机的维护保障。

[1]熊华刚，王中华.先进航空电子综合技术[M].北京：国防工业出版社，2009：15－18.

[2]罗志强.航空电子综合化系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990：5－8.

[3]MIL－STD－1553B飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线[S].美国军用标准，1978.

[4]支超有.机载数据总线技术及其应用[M].北京：国防工业出版社，2009：40－42.

[5]王勇，史军勇.机载计算机总线技术[M].西安：空军工程大学工程学院，2005：38－40.

[6]宋家友.通用1553B总线的信息监控系统的设计[J].电子设计工程，2011，（3）：90－92.

SONG Jia-you.Design of monitor system for general 1553B bus[J].Electronic Design Engineering，2011（3）:90－92.