機(jī)載PD火控雷達(dá)系統(tǒng)1553B總線驅(qū)動層與傳輸層軟件界面分析
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多功能機(jī)載脈沖多普勒火控雷達(dá)（簡稱PD雷達(dá)）是航空電子系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。由于其重要地位和綜合處理能力，一些作戰(zhàn)飛機(jī)直接以PD雷達(dá)為中心，為飛行員提供功能齊全、界面友好、制導(dǎo)精確的綜合化火控系統(tǒng)，因此現(xiàn)代化的PD雷達(dá)往往具有較為復(fù)雜的對外接口關(guān)系。另一方面，PD雷達(dá)需要從強(qiáng)雜波背景中提取目標(biāo)回波信息，系統(tǒng)也具有相當(dāng)復(fù)雜的內(nèi)部接口關(guān)系。在PD雷達(dá)的研制中，內(nèi)、外部通訊問題一直是影響系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。解決通訊問題的有效手段便是在系統(tǒng)中廣泛采用總線技術(shù)，ARINC429總線、Q總線和位總線等通訊技術(shù)均已在國內(nèi)外PD雷達(dá)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，而1553B總線則是80代以來在PD雷達(dá)中應(yīng)用最為普遍的通訊技術(shù)。1553B總線通訊系統(tǒng)由一個(gè)總線控制器(Bus Controller, BC)和若干個(gè)遠(yuǎn)程終端(Remote Terminal, RT)組成。BC實(shí)現(xiàn)整個(gè)總線系統(tǒng)的通訊調(diào)度和本節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)之間的通訊，RT僅實(shí)現(xiàn)本節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)之間的通訊，它們的通訊體系結(jié)構(gòu)可以用圖1所示的5個(gè)層次來表示，某一層的服務(wù)就是該層及其以下各層的一種能力，它通過接口提供給更高的一層〔1〕，其中物理層主要指用于信息傳輸?shù)奈锢砻襟w，即雙絞線和同軸電纜等；鏈路層實(shí)現(xiàn)在相鄰節(jié)點(diǎn)間的線路上以幀為單位的信息傳輸，主要包括實(shí)現(xiàn)1553B通訊協(xié)議的芯片及輔助電路；傳輸層實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)組或包為單位的信息傳輸；驅(qū)動層實(shí)現(xiàn)以報(bào)文為單位的信息傳輸；應(yīng)用層通過控制調(diào)度驅(qū)動層實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)上應(yīng)用進(jìn)程之間的信息傳輸。在此5個(gè)層次中，物理層和鏈路層屬于硬件范疇，傳輸層以上屬于軟件范疇。由于PD雷達(dá)計(jì)算機(jī)中包含多個(gè)CPU處理板，所以傳輸層軟件往往單獨(dú)駐留在專門的總線接口(Multiplex Bus Interface, MBI)板上，而驅(qū)動層軟件則駐留在被稱為宿主機(jī)的通用計(jì)算機(jī)上，它們體現(xiàn)了1553B總線通訊的主要特征，因此對此兩個(gè)層次之間的軟件界面進(jìn)行深入細(xì)致的分析，對于設(shè)計(jì)高效可靠的總線通訊軟件尤為重要。
圖1 1553B總線通訊結(jié)構(gòu)示意圖
本文首先介紹傳輸層軟件與驅(qū)動層軟件之間的接口區(qū)域——雙口區(qū)的硬件特性及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，隨后分析總線通訊過程中的讀寫鎖機(jī)制、雙緩沖區(qū)機(jī)制和時(shí)鐘同步RTC機(jī)制，這些因素將決定總線通訊軟件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
2 雙口RAM區(qū)
在機(jī)載PD雷達(dá)中，1553B總線驅(qū)動層與傳輸層軟件之間的信息交換與傳輸均通過雙口RAM(DRAM)進(jìn)行。所謂雙口RAM實(shí)際上是兩個(gè)CPU（宿主機(jī)CPU與MBI板CPU）以相同或不同的數(shù)據(jù)地址讀取同一數(shù)據(jù)區(qū)的共享內(nèi)存。圖2所示的便是若干個(gè)通過雙口RAM區(qū)連接的1553B總線節(jié)點(diǎn)。
圖2 1553B總線系統(tǒng)中的雙口RAM
雙口區(qū)的容量一般為8K×16位，通常被劃分為若干個(gè)功能區(qū)域，主要用于存放多路總線數(shù)據(jù)接收和發(fā)送到總線上的各種信息及總線協(xié)議執(zhí)行過程中的通訊命令表，建立起總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p向緩存機(jī)制，因此雙口區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分配和設(shè)計(jì)是否合理，將影響整個(gè)總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率和效果。
3 雙口區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
圖3 雙口區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3所示的就是雙口區(qū)的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由圖中可見，此數(shù)據(jù)區(qū)基本上是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)，其中狀態(tài)區(qū)是結(jié)構(gòu)中的樹根，由此可以引入兩個(gè)分枝，而總線通訊表分枝又可以引入數(shù)據(jù)發(fā)送和接收兩個(gè)枝葉，這樣便形成了驅(qū)動層和傳輸層軟件之間的控制、通訊和中斷的基本框架結(jié)構(gòu)。
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