1553B總線系統(tǒng)的可靠性研究

引言

　　1553B總線又稱MIL_STD_1553B總線，即飛機內(nèi)部時分制指令/響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線,現(xiàn)廣泛用于航空電子綜合化系統(tǒng)中。1553B總線具有雙向輸出特性，實時性和可靠性高，采用雙冗余系統(tǒng)，有雙傳輸通道，保證了良好的容錯性和故障隔離,是目前應用比較廣泛的總線標準。

　　1553B總線系統(tǒng)在飛機的發(fā)展歷程中有著舉足輕重的地位，1553B總線是飛機內(nèi)部的時分、指令/應答多路傳輸總線。在航空電子系統(tǒng)中,通過一種雙絞的信號屏蔽線可連接多達32個遠程終端RT(Remote Terminate)模塊和一個總線監(jiān)控器BM(Bus Monitor)連接在一起，分配每個RT惟一的總線地址，RT不具備總線控制功能，但可作為BC的備份。完成各子系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)交換，以實現(xiàn)各子系統(tǒng)的集中控制和顯示，是系統(tǒng)平臺進行電子信息化的基礎。為了提高可靠性，一般都采用雙冗余度總線結構?，F(xiàn)代飛機典型的航空電子系統(tǒng)及1553B總線應用框圖如圖1所示。

1 1553B 總線的特點

　　1553B總線系統(tǒng)有四部分組成:傳軸介質(zhì)即總線和短截線(stub)、總線控制器(BC)、遠程終端(RT)和總線監(jiān)視器(BM).由于1553B總線的合理的拓撲結構是航空系統(tǒng)或者地面車輛系統(tǒng)中分布式設備的理想連接方式。1553B總線是一種集中式的時分串行總線，1553B總線是一個集中控制、分布式處理的系統(tǒng),系統(tǒng)的控制權歸總線控制器所有。可靠性機制包括防錯/容錯功能、錯誤檢測和定位、錯誤隔離、錯誤校正、系統(tǒng)監(jiān)控與恢復功能。雙通道傳輸，采用雙冗余設計，保證了較好的容錯性和故障隔離，其特點如下。

　　1）實時性好，1553B總線的數(shù)據(jù)傳輸率為1Mbps，比一般的通信網(wǎng)絡傳輸速率高。這種總線標準為了強調(diào)信息包能在少的預定時間窗口下傳輸而能確保持續(xù)和完整性，所以限制了數(shù)據(jù)包的長度。

　　2）兼顧實時性的條件下，為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕?553B采用了合理的差錯控制措施即反饋重傳糾錯法。除個別事務類型外，總線終端可為當前進行的總線事務的成功或失敗提供狀態(tài)指示。當BC 向某一 RT發(fā)出一個命令或一個消息時，終端應在給定的響應時間內(nèi)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，并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)通訊控制任務， 還能診斷故障情況并完成容錯管理功能，進一步增強了其通信的可靠性。

　　3）總線效率高，拓撲結構對總線效率的要求比較高，因此1553B 對命令響應時間、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）具有指令/響應與"廣播"通訊方式異步操作，BC能夠以" 廣播"方式向所有RT發(fā)送一個時間同步消息，這樣總線控制器發(fā)出的指令來控制總線上的所有消息傳輸，相關終端對指令給予響應并執(zhí)行操作。

　　5）1553B總線是廣播式分布處理的通信網(wǎng)絡，可掛31個終端，所有的終端共享一條消息通路，任一時刻網(wǎng)絡中只有一個終端在發(fā)消息，傳送中的消息可以被所有終端接收，接收的終端通過地址來識別。結構簡單，終端擴展方便，任一終端（除BC外）的故障都不會造成整個網(wǎng)絡的故障，BC則可備份來提高可靠性。但網(wǎng)絡對總線本身的故障較敏感，為此采用雙冗余結構設計。

2 1553B總線通信可靠性分析

　　1553B總線能掛31個遠置終端，1553B總線采用指令/響應型通信協(xié)議，它有總線控制器（BC）、遠程終（RT）和總線監(jiān)視器（BM）三種終端類型；信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、廣播方式和系統(tǒng)控制方式。

　　1553B總線中傳輸?shù)娜N類型字：命令字、狀態(tài)字和數(shù)據(jù)字。結構是一致的，頭三位是同步頭（不同的是命令字、狀態(tài)字為正到負的跳沿；而數(shù)據(jù)字為負到正的跳沿），中間的16位是數(shù)據(jù)域，最后一位是奇偶校驗位。其中16位數(shù)據(jù)位和奇校驗位須按照曼徹斯特碼的形式進行傳輸。

　　2.1 1553B字格式

　　1553B總線系統(tǒng)信號采用曼徹斯特Ⅱ型雙相電平碼調(diào)制方式， 以串行數(shù)字脈沖碼形式在數(shù)據(jù)總線上傳輸。每條消息最長由32個字組成，所有的字分為三類:命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字如圖2所示。每類字的長度為20位，有效信息位是16位，每個字的前3位為單字的同步字頭，而最后1位是奇偶校驗位，有效信息(16位)及奇偶校驗位在總線上以曼徹斯特碼的形式進行傳輸，傳輸一位的時間為1S(即碼速率為1MHz)。同步字頭占三個位時.電平的跳變發(fā)生在第二個位時的中間，是一個無效的數(shù)據(jù)碼.先正后負為命令字和狀態(tài)字，先負后正為數(shù)據(jù)字，雖然指令字和狀態(tài)字都是先正后負，但由于它們分別由BC和RT判斷，因此是可以區(qū)別的。命令字位于每條消息的起始部分，規(guī)定了該次傳輸?shù)木唧w要求。狀態(tài)字只能由RT發(fā)出，內(nèi)容代表 RT對BC發(fā)出的有效命令的反饋。BC根據(jù)狀態(tài)字的內(nèi)容來決定下一步的操作。數(shù)據(jù)字既可由BC傳輸?shù)侥砇T，也可以從某RT傳輸至BC，或者從某RT傳輸?shù)搅硪籖T。