一种用于ISA总线计算机1553B接口模块的设计

引言

　　MIL-STD-1553B数据通信技术已被航空、航海乃至装甲武器系统所接纳，其技术从1553B总线通信接口的设计到构造大的通信应用系统已被众多设计师所掌握。但是由于传统的MIL－STD-1553B总线通信接口模块结构复杂，功能庞大(逻辑框图如图1所示)，使得该模块的成本很高，有碍于新系统的设计、开发、仿真与研究，目前该技术的应用被局限在军工项目中。在工业控制领域，实验室装配等方面由于接口模块成本的因素，还没有很好地应用起来。为了迅速充实该领域，需要一种能满足应用、价廉的可插入通用IBM-PC或工业控制机的1553B－小型、集成、开发、仿真(以下简称1553B－SIDE)装置，用于各种类型的MIL-STD-1553B通信系统的开发与仿真。

图1　传统总线模块逻辑框图

　　美国DDC公司的IDEA(以下简称DDC－IDEA)卡是当今较为先进的MIL—STD—1553B集成、开发、仿真、模拟产品。该产品功能齐全，使用方便，但是价格很高。1553B—SIDE是依据DDC—IDEA卡的部分常用功能并结合现有的条件、市场行情为原则进行设计。其应用对象是1553B通信系统的开发与仿真，装配1553B通信实验室以及工业控制领域。

1　1553—SIDE逻辑结构

　　1553—SIDE包含硬件和软件两部分的内容，软件在下面第3节中介绍。
　　1553—SIDE由四部分组成，逻辑框图如图2。

图2　1553B—SIDE逻辑框图

1.1　1553B部分

　　1553B部分可完成数据串／并、并／串转换、MachesterⅡ码编译码、同步头的产生与控制、RT状态字的自动响应、地址的自动识别、各种消息格式和方式代码的总线传输、消息传输错误检测，完成电平转换功能以及直接耦合或变压器耦合选择功能。

1.2　存储器部分

　　存储器是ISA总线主机与1553—SIDE之间交换信息的媒介，或者称为双向数据缓冲区，用于存放相关数据结构和发送接收的数据。

1.3　控制器部分

　　控制器由可擦除的可编程逻辑门阵列EP5130芯片完成，它包括了1553—SIDE的译码逻辑、ISA总线主机与1553—SIDE访问RAM仲裁逻辑以及中断ISA总线主机的支持逻辑电路。

1.4　缓冲隔离器部分

　　缓冲隔离器用于数据，地址的缓冲与隔离。它将ISA总线主机与1553—SIDE的内总线隔离开来，使两者能够实时地并行处理各自的数据。

2　1553—SIDE主要功能及技术指标

　　航空电子通信系统按网络层次可分为五层，1553—SIDE完成四层，即驱动层、传输层、数据链路层和物理层，其中1553—SIDE硬件完成数据链路层和物理层的功能，通信软件完成传输层和驱动层的功能，应用层由驻留在IBM—PC主机上的应用软件完成。

2.1　1553—SIDE主要性能

　　a. 1553—SIDE采用BC／RT／MT一体化设计方案，由软件选择使用；
　　b. 满足MIL—STD—1553B标准的各种消息传输，方式指令、状态位的技术要求；
　　c. 1553—SIDE与1553B总线(网缆)耦合方式为可选的变压器耦合或直接耦合，支持双余度总线结构，其电气特性满足MIL—STD—1553B标准；
　　d. 1553—SIDE与IBM／PC的数据交换通过32K×16位伪双口存贮器完成；
　　e. 1553—SIDE向ISA总线主机提供两级中断信号。[page]

2.2　1553—SIDE的主要技术指标

　　a. 总线传输速率为1Mb/s；
　　b. 总线传输字差错率小于10-7；
　　c. RT响应状态字时间≤12μs；
　　d. 可作为BC、RT或MT选用；
　　e. 32K×16位伪双口RAM。；

3　1553—SIDE的通信软件

3.1　通信软件的设计原则

　　a. 系统通用性和易修改性。针对不同任务，1553—SIDE的通信软件不必修改，只需要修改相关的数据表；
　　b. 系统的透明性。1553—SIDE的通信软件向应用软件提供有力的支持，使应用软件对总线的数据传输呈透明状态，在正确的应用层协议支持下，连至1553B总线上的两个终端之间的应用程序信息交换与本机两个程序之间的信息交换完全类似；
　　c. 通信软件设计依照软件工程思想自顶向下，逐步求精，进行模块化的设计，该软件具有完备的功能，可测试性强，可读性好，易修改扩充。

3.2　通信软件的功能

　　在1553—SIDE硬件完成物理层、数据链路层的基础上，通信软件实现传输层功能。它驻留在ISA总线主机上，具体包括以下几个方面：
　　a. 按应用软件要求设置工作模式和相应的数据结构；
　　b. 控制多路传输总线上消息的传输，包括方式指令的特殊处理；
　　c. 故障处理，包括消息的传输无效，1553—SIDE自测试故障等。

3.3　通信软件的内容

　　通信软件包括系统控制程序、1553—SIDE控制程序、消息控制程序。

3.3.1　系统控制程序
　　a. setfuncdrv 设置模块的功能(BC／RT／MT)；
　　b. ldblstdrv 加载总线表；
　　c. updblstdrv 修改总线表。

3.3.2　1553—SIDE控制程序
　　a. initdrv 对1553B通信处理部分的数据结构初始化；
　　b. godrv 启动通信处理部分，使其进行工作状态；
　　c. stopdrv 停止通信处理部分的工作；
　　d. bitdrv 启动通信处理部分的自测试。

3.3.3　消息控制程序
　　a. readdrv 从通信处理部分的缓冲区读数据；
　　b. writedrv 向通信处理部分的缓冲区写数据；
　　c. refreshdrv 检查通信处理部分的输入缓冲区数据刷新情况；
　　d. bcreaddrv BC模式下读消息；
　　e. bcwritedrv BC模式下写消息；
　　f. mtreaddrv MT模式下读消息。

4　应用程序介绍

　　1553—SIDE提供了一个菜单驱动的界面来定义所有的选项、参数和数据，菜单为树结构，如图3：

图3　菜单树

　　每个菜单页包括菜单的路径名，菜单条(菜单列表)，菜单变量和状态行。状态行显示退出菜单的方法及1553—SIDE卡的一些异常情况。
　　子菜单可由下述二种方法之一选择：击热键或用位置键移动光标至所选项。
　　如果用户定义的参数有误，信息窗来解释或警告非法的输入值。

4.1　详细描述

　　1553—SIDE菜单程序有三种操作模式：即SETUP、RUN、DISPLAY COMMUNICATION STACK。

4.1.1　SETUP模式
　　SETUP模式使得用户在菜单驱动的界面帮助下定义参数和数据。所有的设置可被存储或加载。
　　BC方式支持127条独立的消息和所有的通信格式，每条消息由图4所示的消息页描述，可自由设置消息数目、消息类型、RT地址、子地址、字计数等内容。

图4　消息页[page]

　　1553—SIDE可模拟一个RT，它完全符合MIL—STD—1553B需求，可根据系统要求来设置RT表，如图5的格式。

   图6　实时计数表

4.1.3　DISPLAY COMMUNICATION STACK 模式

　　运行BC或MT后，到主菜单下，可显示环形栈所记录的信息，包括消息序号、时标、命令字、数据字、通道号以及消息的图形，如图7所示：

图7　通信栈

5　1553—SIDE的特点
a. 成本低。与传统设计相比，1553—SIDE是一部无CPU、无双口RAM、无EPROM的1553B网卡装置；
b. 可由ISA总线计算机直接驱动。在没有驱动软件的情况下，1553—SIDE控制对于ISA总线计算机呈透明状态；
c. 组成系统灵活。1553—SIDE提供两种系统耦合方式，直接耦合方式和变压器耦合方式，由系统设计者选用；
d. 1553—SIDE与DDC—IDEA的软件界面相当类似，便于使用和维护。

结束语

　　1553—SIDE已完成了设计、生产、调试过程，其技术指标满足设计要求，在低成本、便使用、易维护方面有其独到之处，是1553B总线产品开发、系统监测与调试、仿真的一部好装置。

参考文献

1　DDC MIL—STD—1553B designers Guide
2　MIL—HDBK—1553B
3　MAX PLUS User Guide
4　DDC BUS—65117Ⅱ