自适应1553B 总线通信功能系统级测试方法设计

刘佳昕，赵欣博，高洪宇，刘海荣

（1 中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部 北京 100094 2 海装驻上海第九军事代表室 上海 200135 3 上海航天电子有限公司 上海 201821）

引 言

随着通信卫星星载设备数量和整星信息容量的日益增加，卫星总线通信协议对总线的数据动态交互机制和自适应性要求也日益增高[1,2]。目前，国内航天器主要采用1553B 总线进行通信[3]。根据协议，为保证远程终端（RT 端）与总线控制端（BC 端）顺利通信，需要总线控制器端口应用软件中预先输入RT 端通信时需要的内部遥测指标、存储位置等自描述信息，因此导致了1553B 总线自适应性能单一、普适性差、遥测信息无法动态交互的问题[4]。

某通信卫星采用自适应1553B 总线协议，根据协议，在BC 端与RT 端通信之前，无需预置RT 端通信时需要的自描述信息。卫星加电后，BC 端依次与各RT 端通过循环访问的方式进行数据交互，同时获得各RT 端的遥测参数容量、存储位置等自描述信息，并根据各RT 端的自描述信息为其提供相应的数据交互服务，有效解决了传统1553B 总线协议中自适应性能差的缺陷[5]。

文献[6]在某飞机通信中设计了自适应1553B 总线，有效解决了总线通信命令发送单一、不可控、配置不灵活的缺陷。文献[7]在多功能仿真测试卡的基础上设计了监控测试软件，实现对1553B 总线消息监控和对消息源码进行解析的功能。但1553B 总线自适应功能在通信卫星领域应用甚少，且缺少相关研究资料，这给通信卫星1553B 总线自适应功能验证工作带来了一定困难[8,9]。

本文针对某通信卫星首次采用自适应1553B 总线通信，使用1553B 总线RT 端监控与交互系统对该卫星总线自适应性能进行测试，模拟1553B 的BC 端和RT 端，设计了自适应1553B 总线测试用例，对卫星总线通信功能及自适应功能进行了逻辑验证。

1 自适应1553B 总线通信协议

1.1 自适应1553B 总线架构

某通信卫星采用1553B 总线网络，是以星务管理单元SMU（Space Management Utilities）为BC 端，综合电子分系统综合业务单元及其他分系统中的控制单元为RT 端的分布式网络系统[10]。考虑到不同的数据传输业务需求和可靠性、数据量及实时性要求的区别，某通信卫星采用2 条1553B 总线设计，分别为平台1553B 总线和载荷1553B 总线，每套总线均包含AB 通道，两套总线采用互不耦合的并行工作方式，提供与各网络单机设备的数据共享、数据传输的服务，并提供可靠的通信通路和容错机制[11]，1553B总线架构如图1 所示。

图1 卫星1553B 总线架构图Fig.1 1553B bus structure of a certain platform

1.2 自适应1553B 总线通信功能

与传统1553B 总线协议不同的是，某通信卫星采用自适应1553B 总线协议，该协议自适应性能主要体现在：①RT 自描述信息动态轮询获取；② A/B 总线自适应轮询功能[12]。

1.2.1 RT自描述信息动态轮询获取

卫星1553B 的BC 端SMU，在卫星上电后采用循环访问的方式对RT 进行检测，系统上电前，即SMU 在与各个RT 通信之前，SMU 对RT 设备内部遥测参数容量、存储位置，以及RT 设备所需的数据传输服务都是未知的，RT 设备的自描述信息无需预置在SMU 的应用软件中[13]。

卫星上电后，BC 端SMU 会建立RT 状态表，周期性地依次与该卫星的所有RT（数量为N）进行数据交互，获取每个合法RT 端的自描述信息。当RT 自描述信息校验正确时，SMU 按照RT 设备自描述字段定义的内容进行相应的访问，并动态获取该RT 设备的自描述信息；当RT 的自描述信息无法校验成功时，BC 端SMU 会将该RT 端的地址设为无效通信地址，并丢弃该RT 端的自描述信息。卫星通电期间，SMU 以448 ms 为周期不间断地对1553B 总线上的所有RT 进行访问，每448 ms 完成一次对所有RT 的轮询。1553B 总线BC 端对RT 端周期性轮询握手流程图如图2 所示。

图2 BC 端循环访问取得RT 端自描述信息流程图Fig.2 Dynamic acquisition of self-descriptive messages

1.2.2 A/B总线自适应轮询功能

卫星通电期间，BC 端SMU 以448 ms 为周期对总线上的N个RT 设备循环进行访问，先通过A 总线依次对RT1至RTN进行循环访问，若第i（1≤i≤N）个RTi与SMU 成功握手，则SMU 动态获取RTi自描述信息，同时认为RTi为A 总线的任务，并标志与RTi通信成功；若未能成功握手，则SMU 通过A 总线重新尝试与RTi进行通信握手，当第二次通信握手失败，则对该RTi进行标记，接着去访问RTi+1，当一个循环访问周期后，SMU 切换至B 总线。再次轮询通信时，SMU 只与已被标记未成功握手的RT进行数据交互，若握手成功，则SMU 更新与该RT 进行数据交互时状态表对应的相关信息，同时认为该RT 端为B 总线的任务，若A 总线与B 总线均无法与该RT 进行通信，系统将认为该RT 端通信超时。

当SMU 与某一个标记为握手成功的RT 设备通信时，若出现传输数据中断或异常的现象，则SMU按照总线容错管理方式，切换AB 总线重试。切换后若不成功，则将该RT 地址表示为未接入。期间始终保持AB 总线循环切换，周期为448 ms。若某条总线重试通信成功，则SMU 将更新该RT 端的AB总线使用状态，A/B 总线自适应轮询流程图如图3 所示。

图3 A/B 总线自适应轮询流程图Fig.3 A/B bus self-adaptive polling

2 自适应1553B 总线测试方案

为验证某通信卫星自适应1553B 总线通信功能，本文设计了系统级与整星级的测试方案，从而验证了自适应1553B 总线RT 端内部自描述信息动态获取功能，以及1553B 总线A/B 总线自适应循环访问功能。

根据某卫星1553B 总线协议，在地面遥控指令在系统上电后，通过观测综合业务单元上电前后总线通信状态逻辑，对A/B 总线自适应循环访问功能进行测试，不需要地面设备。自描述信息动态轮询获取功能在整星AIT（总装集成测试）阶段无法进行监测，需要借助地面测试设备模拟RT 对总线通信状态进行监视，从而验证BC 端对RT 自描述信息动态获取的功能。因此，卫星1553B 自适应总线通信功能测试可按照功能分为两类测试方案：一类是在分系统阶段，通过设计自适应1553B 总线仿真与测试平台，并利用总线终端监视与处理设备，可以验证RT 端内部自描述信息动态获取功能；一类是在整星阶段验证A/B 总线自适应循环访问功能测试。

2.1 自适应1553B 总线仿真与测试平台

为验证某通信卫星1553B 的BC 端对RT 端自描述信息获取的功能，本文搭建了1553B 总线仿真测试平台，实现对总线实时监视与分析功能。1553B 总线仿真测试平台由总线RT 端监控与交互系统、SMU和总线接口测试设备构成。其中，总线RT 端监控与交互系统由RT 控制面板和BM 监视软件构成，RT控制面板用于设置各RT 的自描述信息，BM 监视软件用于监控BC 端是否与RT 成功握手。通过总线RT 端监控与交互系统模拟RT 端、SMU 为BC 端验证总线协议的正确性和自适应性。

2.1.1 总线RT 端监控与交互系统

总线RT 端监控与交互系统由1 台PCI 机箱、1 组CPU 模块和2 组1553B 模块组成，从而模拟1553B总线通信功能。各个功能模块安装在PCI 工控机中，通过底板的PCI 总线与CPU 模块进行信息交互，CPU模块上运行有总线RT端监控与交互系统软件。

2.1.2 RT 自描述信息动态获取功能测试流程

根据总线协议中RT 端自描述字段的定义，总线RT 端监控与交互系统软件在RT 上电运行后，将RT 所属的自描述信息录入该系统规定的字段里，并将之存在RT 的子地址1 的物理区域，供SMU 进行获取[14]。为充分验证BC 端与RT 端握手后是否能正确获取其内部遥测参数信息，根据自适应1553B协议，分别在总线RT 端监控与交互系统软件上，设置正确的RT 内部遥测参数信息与非正确的内部遥测参数信息，监测SMU 是否能够与RT 端成功握手，设计测试流程如下：

①设置通信总线芯片为RT 工作模式，且下位机软件每次进行总线数据交互时，确认该工作方式（RT 工作方式），若出现异常，对收发数据不做任何处理，重新初始化该总线芯片模式。

② 系统上电后，验证SMU 获取的RT 端自描述信息是否正确，若为正确信息则SMU 与RT 握手，若SMU 收到RT 端反馈的自描述信息是错误信息，则验证SMU 是否将其视为无效消息。即观测总线RT 端监控与交互系统是否显示RT 一直在传送信息但SMU 无法识别。

③当SMU 与RTi成功握手之后，根据自适应1553B 协议，设置一个新的、正确的RTi自描述信息，通过总线RT 端监控与交互系统，监测BC 端是否仍然可以与RTi成功握手并获取其自描述信息。BC 端动态获取RT 端自描述信息功能测试流程如图4 所示。

图4 BC 端自适应获取RT 端自描述信息流程图Fig.4 Acquisition of self-descriptive messages

2.2 A/B 总线自适应轮询功能测试

在整星AIT 阶段进行1553B 总线自适应通信功能测试时，以SMU 为总线控制器端BC，平台综合业务单元PFISU(Platform Integrated Service Unit)为终端RT 进行验证。按照自适应1553B 总线协议，系统上电期间，SMU 通过应答机制对两条总线（A、B）的RT1～RTN终端设备进行循环检测。当PFISU未反馈应答信息时，则SMU 先利用原总线A 或者B 再次尝试通信，如原总线通信异常，则切换另一条总线重试。如A/B 总线均通信不成功，则再次进行A/B 总线循环切换，当RT 端正确反馈应答信息时，则认为该RT 地址通信成功，并将当班的RT 设备自描述信息更新至BC 端的总线终端接入状态表[15]。

因此，设计测试逻辑如下：SMU 加电后，保持平台综合业务单元不通电，这种状态下，SMU 无法获取平台综合业务单元反馈的信息，通信失败；按照1553B 总线自适应功能设计，SMU 会首先尝试通过A 总线与PFISU 通信，通信失败后利用A 总线再次尝试通信，通信再次失败后SMU 切换至B 总线与平台综合业务单元通信。因此，遥测参数“PFISU A/B 总线状态”值应为1（A总线）与0（B 总线）两个值的重复循环。当PFISU 上电后，向SMU 传达通信自描述信息，通信成功，通信总线的选择为当前握手成功的总线；按照1553B 总线自适应功能设计，遥测参数“PFISU A/B 总线状态”值应为固定值1（A 总线）或者0（B 总线）。A/B 总线自适应轮询功能测试流程图如图5 所示。

图5 A/B 总线自适应轮询功能测试流程图Fig.5 Testing method for A/B bus self-adaptive polling

3 测试成果与实现

3.1 自描述信息动态获取测试

3.1.1 设置任意RT 正确的自描述信息

搭建1553B 总线测试仿真平台。在SMU 加电后，启动总线RT 端监控与交互系统，同时按照自适应1553B 总线协议将RT1的内部参数信息等自描述字段写入软件的RTN（RT 可根据需要而选择）中。因为，RT 自描述字段（共24 字节）存放在RT 设备子地址1 的物理空间，故在RT1控制面板的子地址1（TX SA 01）的编辑数据缓冲区设计指令位置状态字。

进行配置1 设置：指令位置状态字为003E，遥测位置状态字为0FFFFFC0，并计算正确的校验和填入软件中。因遥测位置状态字为0FFFFFC0，则表示RTN在SA7 到SA28 中存在有效数据。测试结果显示，SA7 到SA28 通信成功，SMU 与PFISU 已经成功通信，并在SA7 到SA28 获取了平台综合业务单元的遥测数据，与遥测位置状态字的设置相一致。测试结果表明，在系统上电后，SMU 已通过应答机制对当前总线的RT1～RTN的终端设备进行轮询检测，并在与RT1成功握手后，获取了其自描述信息，并根据自描述信息在BC 端内部建立总线终端接入状态表初始态。

3.1.2 设置任意RT 无效的内部参数信息

为了测试BC 加电后通过轮询方式访问获取每个合法RT 设备的内部参数信息，若RT 终端反馈的同步头信息与约定数据不相符时，或内部参数信息不满足校验要求，则BC 端将该总线终端对应的RT地址表示为通信非法，并丢弃该RT 设备的内部参数信息”。更改配置1 中的遥测状态字使其与位置状态字相冲突，根据1553B 协议，若使遥测状态字与位置状态字位置重叠，则BC 端会自动丢弃该设备内部参数信息，并认为该设备非法，并开始重访自描述字段，周期为448 ms。

设置配置2 中RTi的自描述信息如下：设置遥测状态字为0FFF1111、位置状态字为0040，此配置为无效的自描述信息，RTi不能与SMU 握手。测试结果显示：SMU 会自动丢弃配置2 中RTi自描述信息，认为RTi非法，并开始重访自描述字段。

3.1.3 RT 自描述信息更改

为了验证BC 端在与RT 交互之前，BC 端对RT 端的自描述信息都是未知的，且RT 设备所需的服务信息由自身提供描述，无需提前将服务信息输入在BC 端内。在系统上电后以及系统运行期间，BC端周期性地与RT 进行数据握手，并确定RT 所需的相关服务内容。在配置1 的基础上，设置配置3 如下：将RT 控制面板的子地址1（TX SA 01）的编辑数据缓冲区设计指令位置状态字为0040，遥测位置状态字为0FFFFFB。

测试结果显示：SMU 与PFISU 通信成功，并在SA2 到SA28 获取了遥测数据，与自描述字中遥测位置状态字的设置相一致。可以证明SMU 按照PFISU 自描述字段定义的内容进行相应的访问，在与RT 通信握手成功后，动态获取了RT 设备自描述信息，并按照RT 自身提供的信息提供相应数据传输服务。

4 结束语

本文通过对卫星自适应1553B总线通信功能需求分析，针对自适应1553B总线协议中两类总线性能，即RT 自描述信息动态获取功能以及A/B 总线自适应轮询的功能，设计了一种精准快捷的测试方法及系统，分别在整星AIT 阶段和分系统阶段进行验证，同时通过利用1553B 总线仿真与测试平台实现对1553B总线自适应性能的判读与仿真。测试结果表明，某通信卫星1553B 总线具有较高的自适应能力和通用性，以及灵活的任务周期。