0 概述

    MIL-STD-1553B總線(飛行器內部時分命令/響應式多路數(shù)據(jù)總線)是由美國自動化工程師協(xié)會在軍方和工業(yè)界的支持下制定的，于1978年正式公布^[1]。1987年，我國軍方根據(jù)此標準，推出了與之對應的軍標GJB289A-87，后經(jīng)過系統(tǒng)應用實踐及不斷完善，1997年頒布的GJB289A-97代替了GJB289A-87，從而使我國航空武器總線標準技術實現(xiàn)了國產(chǎn)化^[2-3]。

    GJB289A總線歷經(jīng)多年的發(fā)展，目前已成為一種成熟的機載總線，被廣泛用于飛機綜合航空電子系統(tǒng)、武器外掛與集成系統(tǒng)，并逐步擴展到飛行控制等系統(tǒng)及坦克、艦船、航天等領域^[4-5]。當前，新飛機研制及老飛機改造項目中，對數(shù)據(jù)總線的傳輸速率要求越來越高，GJB289A總線傳輸速率僅為1 Mb/s，已經(jīng)無法滿足機載數(shù)據(jù)總線的高吞吐率要求^[6]。因此高速GJB289A總線是GJB289A總線的發(fā)展趨勢之一^[7]。

1 拓撲結構

    一個完整的高速GJB289A總線系統(tǒng)是由若干個具有高速GJB289A總線接口的子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)總線組件構成。子系統(tǒng)是從數(shù)據(jù)總線接收數(shù)據(jù)服務的設備，數(shù)據(jù)總線組件包含終端、線纜、連接器、耦合器、中止器。終端是具有GJB289A總線接口的電子組件，是數(shù)據(jù)總線與子系統(tǒng)間互連的接口，終端分為總線控制器BC（Bus Control）、遠程終端RT（Remote Terminate）和總線監(jiān)控器BM（Bus Monitor）三種。

    總線控制器：總線系統(tǒng)中組織信息傳輸?shù)慕K端，作為“總線仲裁者”對不同子系統(tǒng)間的通信進行統(tǒng)一管理，完成系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳遞和信息的共享。

遠程終端：總線系統(tǒng)中除了總線控制器和總線監(jiān)控器之外的所有終端，它們在BC控制管理下進行數(shù)據(jù)傳輸。

    總線監(jiān)控器：總線系統(tǒng)中接收、記錄總線上傳輸?shù)男畔⒉⒂羞x擇地提取信息的終端，本身不參與數(shù)據(jù)傳輸僅被動接收總線數(shù)據(jù)。

    在一個總線系統(tǒng)中，同一時刻有且僅有一個BC控制和管理總線上的RT，并允許備份總線BBC（Backup Bus Controller）存在。根據(jù)子系統(tǒng)任務需求安排RT的數(shù)量，其數(shù)量不能超過31個。BM主要職能是記錄、監(jiān)控整個系統(tǒng)信息，為分析總線系統(tǒng)性能和故障定位提供依據(jù)，一般只在地面仿真維護系統(tǒng)中使用。圖1為GJB289A總線系統(tǒng)拓撲結構。圖中包含BC終端、RT終端、BBC終端和BM終端，所有的終端采用總線型拓撲進行互聯(lián)，所有鏈路均采用雙余度設計。

2 系統(tǒng)工作原理

    高速GJB289A總線采用指令/響應的處理機制，在整個總線系統(tǒng)中BC是總線唯一控制者，在BC的控制下RT被動地接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)信息到總線上的其他終端。BC的控制操作碼稱為指令字，指令字中包含RT地址、接收/發(fā)送標志、子地址、數(shù)據(jù)長度，這4個字段指定了總線上的某個終端的那個子地址接收/發(fā)送若干個數(shù)據(jù)到總線上的其他終端?？偩€上的某個終端在接收到指令字時執(zhí)行并響應狀態(tài)字到BC，BC再對狀態(tài)字作出合格性判斷，從而完成總線的一次數(shù)據(jù)傳輸。按照總線系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信息交換與共享的原則可以將1553B總線的數(shù)據(jù)傳輸分為：BC到RT、RT到BC、RT到RT。下面介紹幾種數(shù)據(jù)傳輸格式。

    （1）BC到RT

    BC到RT指的是總線控制器到遠程終端的數(shù)據(jù)傳輸。首先BC向某個RT發(fā)出一個指令字和規(guī)定長度的數(shù)據(jù)字到總線上，RT在接收到指令字后，解析并執(zhí)行指令字將數(shù)據(jù)信息存儲到指定的存儲單元，然后響應狀態(tài)字到總線上的BC。如圖2所示，BC將指令字和數(shù)據(jù)字連續(xù)發(fā)給RT，RT接收到指令字和數(shù)據(jù)字后響應狀態(tài)字到BC。

    （2）RT到BC

    RT到BC指的是遠程終端到總線控制器的數(shù)據(jù)傳輸。BC發(fā)出一個指令字到總線上的某個RT，RT接收并解析來自BC的指令字后，將指令字中指定子地址的若干數(shù)據(jù)字發(fā)送到BC，隨后響應狀態(tài)字到BC，完成傳輸。如圖3所示，BC將指令字發(fā)送給RT，隨后RT響應BC狀態(tài)字，并發(fā)送數(shù)據(jù)。

    （3）RT到RT

    RT到RT傳輸指的是兩個遠程終端間的傳輸。首先BC發(fā)送指令字到接收數(shù)據(jù)的RT緊接著BC在發(fā)送一個指令字到發(fā)送數(shù)據(jù)的RT。然后發(fā)送數(shù)據(jù)的RT接收到指令字后，將數(shù)據(jù)字發(fā)送到接收數(shù)據(jù)的RT，并響應狀態(tài)字到BC，接收數(shù)據(jù)的RT，在接收到數(shù)據(jù)之后，響應狀態(tài)字到BC，完成RT到RT傳輸。如圖4所示，總線控制器發(fā)送指令字1到RT1，發(fā)送指令字2到RT2，隨后RT2響應狀態(tài)字到BC，并發(fā)送數(shù)據(jù)字1、數(shù)據(jù)字2等到RT1，最后RT1響應狀態(tài)字1到BC。

3 技術特點及優(yōu)點

    高速GJB289A總線是一種集中式的時分串行總線，其主要特點是分布處理、集中控制和實時響應。其可靠性機制包括防錯功能、容錯功能、錯誤的檢測和定位、錯誤的隔離、錯誤的校正、系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)恢復功能。采用雙冗余系統(tǒng)，有兩個傳輸通道，保證了良好的容錯性和故障隔離。其技術指標與標準GJB289A總線對比如表1所示。

    GJB289A總線具有以下特點及優(yōu)點：

    （1）實時性好。GJB289A總線的命令/響應的協(xié)議方式保證了實時的可確定性；

    （2）合理的差錯控制措施和特有的方式命令。為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，GJB289A采用了合理的差錯控制措施——反饋重傳糾錯方法。當總線控制器BC向某一終端RT發(fā)出一個命令或發(fā)送一個消息時，終端應在給定的響應時間內發(fā)回一個狀態(tài)字，如果傳輸?shù)南⒂绣e，終端就拒絕發(fā)回狀態(tài)字，由此報告上次消息傳輸無效。而方式命令不僅使系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)通信控制任務，還能反饋故障情況并完成容錯管理功能；

    （3）總線效率高?？偩€形式的拓撲結構對總線效率的要求比較高，為此GJB289A對涉及總線效率指標的某些強制性要求如命令響應時間、消息間隔時間以及每次消息傳輸?shù)淖畲蠛妥钚?shù)據(jù)塊的長度都有嚴格限制；

    （4）具有命令/響應以及“廣播”通信方式。BC能夠以“廣播”方式向所有設備發(fā)送一個時間同步消息，這樣總線上的所有消息傳輸都由總線控制器發(fā)出的指令來控制，相關終端對指令應給予響應并執(zhí)行操作。這種方式非常適合集中控制的分布式處理系統(tǒng)。

4 總線發(fā)展趨勢

    未來幾年內GJB289A總線將主要朝著兩個方向發(fā)展。一是協(xié)議處理芯片和總線組件的功耗更小，抗惡劣環(huán)境的能力更強，1553B和計算機之間的接口也逐漸標準和統(tǒng)一，目前國內已有多家單位的1553B總線產(chǎn)品正朝著這個方向發(fā)展，并已研制出1553B總線協(xié)議處理器；二是1553B總線的傳輸速度將不斷提高，從最初的1 Mb/s發(fā)展到2 Mb/s、4 Mb/s和10 Mb/s。

    在現(xiàn)代飛機設計中，雖然光纖通道可以提供對視頻信號、傳感器信號的高速連接。但在機電系統(tǒng)中依然存在與低速設備的連接要求， GJB289A總線與高速光纖通道拓撲同時并存、相互綜合。另一方面，總線數(shù)量的增加，也要求相應地增加更多的總線接口以適應增添的功能模塊。美國海軍和有關研究機構通過實驗演示了傳統(tǒng)GJB289A和光纖通道協(xié)議之間的轉換，以及傳統(tǒng)的GJB289A遠程終端器件與光纖通道互連方案的系統(tǒng)綜合，證明了GJB289A總線與光纖通道交互操作以及從GJB289A互連升級到光纖通道的系統(tǒng)互連的可行性。FC-AE-1553既具有光纖通道的良好網(wǎng)絡性能，又具有GJB289A的傳統(tǒng)優(yōu)勢，因此有“吉比特的1553”之稱，另外FC-AE-1553也兼顧對傳統(tǒng)GJB289A網(wǎng)絡的橋接。因此FC-AE-1553網(wǎng)絡，對傳統(tǒng)GJB289A網(wǎng)絡能很容易保留與繼承，高速GJB289A數(shù)據(jù)總線在未來還會有進一步發(fā)展空間。

5 總結

    GJB289A總線以其傳輸?shù)母呖煽啃?、使用簡單靈活的特點，被廣泛應用在航空航天等領域。本文在GJB289A總線的發(fā)展背景的基礎上，通過分析高速GJB289A總線的拓撲結構、工作原理以及特點，對高速GJB289A總線絡進行了研究，對后續(xù)高速GJB289A總線協(xié)議研究、芯片研制、應用解決方案以及高速GJB289A總線的系統(tǒng)設計具有重要的參考價值。

參考文獻

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