基于SM61580的MIL-STD-1553B總線終端設計

摘要：通過對MIL-STD-1553B總線的研究，實現(xiàn)遠程終端(RT)與總線控制器(BC)之間高效、可靠的數(shù)據(jù)通信，提出了一種基于SM61580的MIL-STD-1553B總線終端設計方案。選用SM61580芯片，利用SM7C133存儲功能，并結(jié)合MSP430F247的控制優(yōu)勢，采用透明模式連接芯片與處理器，實現(xiàn)1553B總線終端設計。該1553B總線終端系統(tǒng)的應用具有普遍的實用性。
關鍵詞：1553B總線；SM61580；MSP430F247；終端

MIL-STD-1553總線是美國國防部制定的一種具有可確定性且傳輸可靠的數(shù)據(jù)總線，被廣泛應用于軍用飛機、軍用車輛以及艦載等領域中。1553B終端系統(tǒng)可以使用8位單片機，16位單片機，32位單片機來實現(xiàn)。本設計選用SM61580接口芯片，設計了基于MSP430F247單片機的硬件接口電路，完成了軟件接口程序，最終實現(xiàn)了1553B終端(RT)與總線控制器(BC)之間高效、可靠的數(shù)據(jù)通信。

1 MIL-STD-1553B總線
1553B總線網(wǎng)絡由終端、子系統(tǒng)和總線傳輸介質(zhì)組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。終端是使數(shù)據(jù)總線與子系統(tǒng)相連接的電子組件。子系統(tǒng)為從多路數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)傳輸服務的裝置或功能單元。總線控制器(BC)是總線系統(tǒng)組織信息傳輸?shù)慕K端?？偩€監(jiān)控器(BM)是總線系統(tǒng)中指定做接收且記錄總線上傳輸?shù)男畔⒉⒂羞x擇地提取信息以備后用的終端。遠程終端(RT)是總線系統(tǒng)中不作為總線控制器或總線監(jiān)控器的所有終端。

1553B總線的傳輸速度是1Mb／s，采用曼切斯特Ⅱ編碼，半雙工工作方式。1553B總線有10種消息格式，每個消息至少包含兩個字，每個字包含有16個信息位、一個奇偶校驗位和3個位長的同步頭。適用于變壓器耦合的曼切斯特II編碼，通過雙絞線可靠傳輸?shù)拈L度可以超過30 m。

2 SM61580芯片的功能特點
SM61580為微處理器和1553B總線之間提供了完整、靈活的接口電路。
SM61580芯片包含兩個低功耗收發(fā)器和一個全雙工譯碼／編碼器，一個完整的BC／RT／MT(總線控制／遠程終端／監(jiān)視模式)多協(xié)議邏輯電路，存儲器管理電路和中斷邏輯電路，4Kx16bit共享靜態(tài)RAM，以及一個靈活的緩沖接口與主處理總線相連。
SM61580的內(nèi)部地址鎖存器和雙向數(shù)據(jù)緩沖器，可直接與主處理器總線相連，支持16位和8位的微處理器，并可與處理器共享一個緩沖RAM。
SM61580還可通過DMA接口電路與一個16位處理總線相連。
SM61580有3種監(jiān)控模式：字監(jiān)控(word monitor)，選擇信息監(jiān)控(selective message monitor)，遠程終端與選擇監(jiān)控組合(combined RT／selective monitor)。

3 SM61580內(nèi)部RAM資源分配
SM61580內(nèi)部具有4Kx16共享RAM。在RT增強模式中，兩個堆棧指針分配在固定的位置：0100H是堆棧指針A的地址；0104H是堆棧指針B的地址。0000-00FFH是256字的堆棧A空間，也是1553B接收信息描述符區(qū)，每個描述符占4個字，一共可儲存64個描述符。描述符的4個字分別是塊狀態(tài)字、時間戳，接收數(shù)據(jù)塊指針、接收命令字。
0108-010FH是模式命令選擇中斷表，設置每一個接收、發(fā)送、廣播接收、廣播發(fā)送的模式命令時，是否產(chǎn)生中斷。
0110-013FH是模式命令返回數(shù)據(jù)的固定地址，當RT接收到一個模式命令時，將儲存于對應位置的數(shù)據(jù)自動返回給BC。
0140-01BFH和01C0-023FH分別是RT的A／B區(qū)域地址查詢表。對于A區(qū)域，地址分為4部分：0140-015FH分別對應子地址0到子地址31的接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址；0160-017FH分別對應子地址0到子地址31的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址；0180-019FH分別對應子地址0到子地址31廣播模式數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址；01A0一01BFH分別對應子地址0到子地址31的子地址控制字，可以設置數(shù)據(jù)緩存區(qū)的大小和工作方式，如：單消息模式、雙緩沖模式和循環(huán)緩沖模式。
0240-0247H是忙位查詢表，其中每一位分別對應子地址0到子地址31的忙狀態(tài)，0表示不忙，1表示忙。當RT收到的消息對應的子地址為忙時，將向BC端返回狀態(tài)字的忙位置1。
0300-03FFH是非法化指令查詢表，分為4部分：0300-033FH對應廣播接收非法化命令；0340-037FH對應廣播發(fā)送非法化命令；0380-03BFH對應非廣播式接收非法化命令；03C0-03FFH對應非廣播式發(fā)送非法化命令。當RT收到非法化命令字時，將向BC返回對應的狀態(tài)字。
0260-02FFH和0400-0FFFH為數(shù)據(jù)緩存區(qū)。這部分空間可以由子地址0到子地址31的子地址控制字設置每個子地址對應的數(shù)據(jù)緩存區(qū)空間的大小和工作方式。

4 SM61580與MSP430F247的接口設計
4．1 硬件接口設計
SM61580與16位處理器的連接方式采用16位透明模式。透明模式使用外部雙端RAM，這使得主處理器能迅速的訪問RAM(只受到RAM的速度限制)；在這種模式下，可消除SM61580的調(diào)整延時。系統(tǒng)框圖如圖2所示。

在雙端RAM的接口，RAM的一端由主CPU訪問，另外一端可為SM61580通過存儲器的控制信號，由1553B邏輯電路訪問。地址和數(shù)據(jù)總線需要三態(tài)緩沖器來為CPU訪問SM61580的內(nèi)部寄存器。SM61580輸入信號MEN／REG直接與邏輯0信號相連，SELECT與地址解碼器輸出1553REGSELECT相連，從而進行寄存器訪問操作。
引腳RTAD4-0和RTADP通過跳線可以選擇SM61580的地址編號。芯片采用外部接16 MHz晶振工作方式。
其中雙端RAM采用的是SM7C133。
SM7C133是一款高速CMOS雙端口靜態(tài)RAM，容量為2Kx16bit。
SM7C133有兩組獨立的端口、地址、I／O管腳，并且在進行讀或?qū)懖僮鲿r異步訪問存儲器。CE是自動低功耗的控制端，允許對應端的片內(nèi)電路進入待機功耗模式。
SM7C133有2組獨立的端口，包括地址線、I／O線，控制線，可以單獨訪問存儲器進行讀寫操作。SM7C133中CE是自動低功耗的控制端，當沒有選擇(CE=1)時，各端口進入待機模式。當某端口的CE使能時，可以訪問整個存儲陣列。
為了保證寫操作有效，數(shù)據(jù)必須在WR／的上升延之前建立并持續(xù)。寫操作由SDtWR／管腳和CE管腳控制。2個WR／管腳用來分別控制IO口的高字節(jié)與低字節(jié)。
如果一個端口寫數(shù)據(jù)到一個地址，而另一個端口試圖去讀這個地址，數(shù)據(jù)必須經(jīng)過一個端口到端口的流通延時，才可以在輸出端口被讀出，否則，讀出的數(shù)據(jù)是不確定的。
微控制器選用MSP430F247單片機，其特點如下：強大的處理能力；超低功耗；系統(tǒng)工作穩(wěn)定；豐富的片上外圍模塊。
為了在開發(fā)過程中驗證1553B總線終端傳輸數(shù)據(jù)的正確性，終端上制作了RS422接口，便于計算機顯示總線上的收、發(fā)數(shù)據(jù)。
4．2 軟件接口設計
SM61580內(nèi)部具有25個寄存器，包括17個通用控制寄存器和8個測試寄存器。其中，設置17個通用控制寄存器是軟件接口設計的關鍵。
設置啟動／復位寄存器，先進入復位狀態(tài)；設置配置寄存器3，進入增強模式；設置中斷屏蔽寄存器，使能消息結(jié)束中斷；設置配置寄存器2，進入增強型RT存儲器管理模式；設置配置寄存器3，增強模式允許。設置配置寄存器1，進入RT工作方式，開啟RT。
主程序?qū)?553B信息的處理采用中斷處理方式。從BC端發(fā)送來的1553B命令有2種要求：不需要RT回傳數(shù)據(jù)和需要RT回傳數(shù)據(jù)。
1)不需要RT回傳數(shù)據(jù)
BC端發(fā)送命令字為非模式命令，要求RT接收信息，單片機終端收到信息進入中斷程序，設置相應的任務標志，然后進入主程序，根據(jù)155 3B接收信息描述符區(qū)中接收數(shù)據(jù)塊指針，找到1553B接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后執(zhí)行這些數(shù)據(jù)對應的任務，然后在主程序循環(huán)等待下一次中斷。
2)需要RT回傳數(shù)據(jù)
首先BC端發(fā)送命令字為非模式命令，要求RT接收信息，單片機終端收到信息進入中斷程序設置任務標志，然后進入主程序，找到1553B接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，執(zhí)行相關任務，并把需要返回給BC端的數(shù)據(jù)準備好，保存在1553B發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，且將需要回傳數(shù)據(jù)字個數(shù)保存到模式命令對應的地址單元，然后設置服務請求，將配置寄存器1中的第9位設為0。與此同時，BC端向RT一直發(fā)送空指令，得到相應的返回狀態(tài)字，判斷狀態(tài)字的第11位，若為1，表示RT將數(shù)據(jù)準備好，BC向RT發(fā)送模式命令，命令編碼為10000，即為發(fā)送向量字命令，要求RT發(fā)送消息。RT收到模式命令后，返回狀態(tài)字，且將準備好的數(shù)據(jù)個數(shù)返回給BC；然后BC端再發(fā)送一次非模式命令，要求RT發(fā)送消息，數(shù)據(jù)個數(shù)為剛才收到的返回值。此時，BC端再次收到返回的狀態(tài)值和RT回傳的有效數(shù)據(jù)?；赟M61580的單片機終端系統(tǒng)程序流程圖如圖3、圖4所示。

5 結(jié)論
文中重點介紹了SM65180接口芯片的功能特點和RAM資源。并且給出了基于SM61580的MIL-STD-1553B單片機終端系統(tǒng)的硬件和軟件設計方法。在多次的系統(tǒng)調(diào)試試驗中，RT終端系統(tǒng)與BC總線控制器之間實現(xiàn)了高效、可靠的數(shù)據(jù)通信。該1553B總線終端系統(tǒng)的應用具有普遍的實用性。