基于LHB155304的高速1553B 总线RT 设计与实现

甄国涌， 关瑞云， 武慧军

（中北大学仪器与电子学院，太原030051）

0 引 言

1553B总线是一种指令／响应式串行总线标准。在国内已得到广泛应用。1553B总线抗干扰能力强、实时性好，且采用双冗余备份设计，能够显著提高数据传输的可靠性［1］。近年来，随着航空综合电子系统性能需求的不断提高，国际上掀起了高速1553总线研究的高潮，其目的是在现有的物理传输方式下突破1553B 总线1 Mbit／s的传输速率［2］。我国高速1553B总线控制器LHB155304，在不改变其原有传输方式、网络结构及传输协议的情况下，传输速率可达4 Mbit／s［3］。高性能浮点DSP TMS320C6713是专为高性能、数字密集型电力电子控制而设计的，与LHB155304总线控制器直接通信的方式提高了数据传输的效率和可靠性，LHB155304工作电平为3．3 V，相较BU-61580而言，与DSP通信无须电平转换，使设计过程更为简单，也降低了设计的复杂程度和设备体积。

1 LHB155304工作原理

LHB155304采用了和BU-61580全兼容的软件界面，相对于BU-61580而言，LHB155304提供了更加灵活高效的主机接口方式，增大了内部存储器空间，不仅可以实现BU-61580支持的接口方式，还具有主机访问等待时间更短的特点。LHB155304内部有16 Kbyte的共享存储器。通过独特的设计技术，LHB155304的主机接口和内部协议接口对共享存储器的访问不会发生冲突，主机任何时候都能访问总线［5］。

LHB155304是一款4 Mbit／s 1553总线控制器混合电路，集成了时钟与复位管理单元、双曼彻斯特Ⅱ型编译码器单元、BC／RT／MT多协议处理单元、存储管理单元、中断管理单元、主机接口单元和16 Kbyte×16 bit的双端口存储器单元，完整实现了1553B协议中规定的总线控制器（Bus Controller，BC）、远程终端（Remote Terminal，RT）、总线监视器（Bus Monitor，MT），可实现具有双冗余总线通道的4 Mbit／s1553总线通信。

1553B总线上的信息是以消息的形式调制成曼彻斯特码进行传输的，每条消息最长由32个字组成，所有的字分为3类：命令字、数据字和状态字［6］。LHB155304的1553B总线特性见表1。

表1 1553B数据总线特性

2 1553B总线接口硬件电路设计

LHB155304总线控制器（ACE）通过不同的硬件配置工作于不同模式。8／16 bit缓冲零等待／非零等待是最常用的工作模式。每种模式的硬件设计、软件读写访问时序各不相同。LHB155304灵活的处理器接口允许其直接连接32bitDSP处理器TMS320C6713，文中给出了LHB155304的16 bit缓冲非零等待模式的硬件设计。TMS320C6713与LHB155304的硬件连接图如图1所示。

图1 DSP与LHB155304硬件连接原理图

由图1可见，DSP通过SELECTn、STRBDn、MEM＿REGn、RD＿WRn信号启动对LHB155304的内部寄存器或存储器的访问，要存取内部寄存器或存储器SELECTn必须为低电平，STRBDn信号与SELECTn相连控制着访问周期的长度［7］。使用6713的GPI／O（通用输入输出）对MEM＿REGn信号进行控制，访问存储器时MEM＿REGn为高电平，访问寄存器时MEM＿REGn为低电平。POLARITY＿SEL用来选择RD／WRn的极性，当POLARITY＿SEL 接逻辑‘1’时，RD／WRn 低电平为写，高电平为读；当POLARITY＿SEL接逻辑‘0’时，RD／WRn高电平为写，低电平为读。将LHB155304的RAM地址与TMS320C6713的CE3地址空间（0xB0000000-0XBFFFFFFF）映射，地址线A［11：0］与6713 地址线A［13：2］相连进行地址译码，数据线D［15：0］与6713 数据线D［15：0］相连进行数据读写，图中RT地址的配置通过外接上／下拉电阻设置，如RT地址为22，即RTAD4-RTAD0＝10110，1的个数为奇数，则RTADP＝0。LHB155304的READYn信号低有效，读操作时，READYn为低表示D15-D00上的数据已经准备好，写操作时，READYn为低表示数据已写入寄存器或数据存储器。

LHB155304读写时序如图2所示。

图2 LHB155304读写时序

LHB155304进行写操作时，在SELECTn和STRBDn同时为低的第1个时钟上升沿锁存WE信号，在第2个时钟下降沿锁存地址和数据，根据DSP的EMIF接口时序（见图3），第1条波形为CE信号，第3条线为锁存数据，数据在锁存时并未达到稳定，导致锁存出错，故将SELECTn信号对地接1 nF电容，与10 kΩ电阻组成RC延时电路，延时时间T＝－RCln（（E －V）／E）≈33 ns，其中E ＝5 V 为串联电阻和电容之间的电压，V＝1．2 V为电容间要达到的电压，延时33 ns等待数据稳定后进行锁存，保证数据读写的可靠性，延时后波形如图4所示。

图3 未加延时时序波形

3 1553B软件设计

3.1 LHB155304 RT模式的实现

图4 增加延时时序波形

配置和设置17个内部操作寄存器是软件接口设计的关键，对1553B数据通信具有重要意义［8］。设计中将LHB155304配置为RT模式，1553B通信由BC控制，BC发送包含特定RT地址的命令字，以便在总线上发送或接收数据。消息传输BC到RT时，如图5指令字传输格式中T／R bit设置为逻辑‘0’，RT接收指定个数的数据字并返回状态字，RT到BC进行传输时，T／R位设置为逻辑‘1’，RT传输一个状态字，并在其后传输数据字［9］。

图5 1553B总线字格式

LHB155304在RT模式下的工作流程如图6所示。

图6 LHB155304 RT模式工作过程

首先初始化配置LHB155304为RT工作模式，LHB155304作为RT远程终端的配置过程见表2。等待BC发送的命令字，判断命令字中的T／R位，T／R＝1则根据指令字中的RT子地址发送相应的Data Block中的数据；T／R＝0则将接收到的数据存储到堆栈中，在发送／接收动作完成后发出RT状态字并等待下一BC指令字，在接收数据的动作完成后，向CPU发出中断请求，请求CPU处理接收到的数据［10］。

表2 LHB15504 RT初始化配置流程

3.2 中断的实现

DSP主程序通过中断方式处理1553B数据。通过总线协议芯片LHB155304向DSP发送中断，DSP通过共享的4 KB RAM接收数据。DSP在RAM中传输接收到的数据并将其存储。将DSP接收到的数据传输到命令变量中，进行实时的数字控制回路处理［11-12］。

1553B使用DSP的外部中断INT5，LHB155304为下降沿中断［14］，TMS320C6713中断服务程序如下：

Interrupt void RT＿1553（void）

｛

Receive＿RT（）；／／LHB155304 作为RT 中断接收数据

｝

在进入中断服务程序前需先进行中断初始化［12-15］，初始化函数如下：

voidinterrupt＿init（）

｛

*（volatile short*）0x019C0008＝0x0002

／／EXTPOL寄存器配置1553中断下降沿

IRQ＿setVecs（vectors）；／／指向定义的中断向量表

IRQ＿map（IRQ＿EVT＿EXTINT5，5）；

／／映射事件到指定的物理中断号

IRQ＿clear（IRQ＿EVT＿EXTINT5）；

IRQ＿enable（IRQ＿EVT＿EXTINT5）；／／中断使能

IRQ＿globalEnable（）；

IRQ＿nmiEnable（）；

｝

4 性能测试与验证

通过DSP芯片TMS320C6713对LHB155304寄存器与存储器的读写操作进行了测试，向LHB155304存储器地址空间0x0000开始写入自减数，将写入数据读出，对第2节中CE信号增加延时前后分别进行了读写测试，观察测试结果。

如图7所示，CE信号未加延时读写数据出现误码。

图7 CE信号未加延时读出数据

如图8所示，CE信号增加延时后读写数据正确。

图8 CE信号增加加延时后读出数据

对LHB155304的读写测试成功后，利用上位机软件配置为4 Mbit／s BC工作模式，对LHB155304 RT模式下的工作状态进行了测试，BC发送一条自检测试指令“0x5C03”，该指令字表示RT地址为11，RT作为接收端，发送子地址为15，方式指令为“00111”，LHB155304作为RT接收到该消息，若自检成功则将“0xAAAA”写入发送子地址15返回给BC，如图9所示返回指令正确，表明该1553B通信接口在4 Mbit／s传输速率下工作正常。

图9 BC读取RT发送的消息

5 结 语

本文将DSP强大的数据处理能力与1553B总线分布式处理、集中控制和实时响应的特点相结合［16］，具有系统集成度高、处理速度快及通用性强的特点，利用DSP EMIF接口直接控制LHB155304总线控制器实现1553B通信，简化了设计过程，降低了设计难度，同时LHB155304总线控制器传输速率达到了4 Mbit／s，突破了目前1553B总线1 Mbit／s传输速率的局限性，通过对EMIF接口与LHB155304总线控制器的读写时序匹配，实现了该1553B接口的高速读写，经过后期测试表明，文中设计的1553B通信接口传输速率快，实时性好，通用性强，可用于诸多1553B通信的系统中。