1553B總線控制器異步通訊仿真軟件設計

1553B是一種時分制指令/響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線，因其高可靠性和實時性廣泛應用在航空電子設備中，目前在艦船系統(tǒng)中也有廣泛應用。總線上可以掛接一個總線控制器(BC)，若干(不超過31個)用來連接子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)通信的遠程終端(RT)，一般還可以掛接
一個總線監(jiān)視器(MT)，用于監(jiān)聽各個節(jié)點的通信狀態(tài)。

總線控制器是在數(shù)據(jù)總線上被指定執(zhí)行啟動信息傳輸任務的終端。1553B總線上消息傳輸?shù)倪^程是：總線控制器向某一終端發(fā)布一個接收/發(fā)送指令，終端在給定的響應時間范圍內發(fā)回一個狀態(tài)字并執(zhí)行消息的接收/發(fā)送。

在1553B數(shù)據(jù)總線上，消息是按時間逐次進行傳輸?shù)?，總線上BC與RT間有10種可能的通信模式[1]。大多消息的處理按固定的順序、周期和相位出現(xiàn)。這類消息稱為周期消息，其傳輸過程叫同步通訊。對這類消息可以按靜態(tài)的時間表進行，周期時間最小的消息排在一個小幀中(小周期)，周期時間最大按小周期2的冪次的調和構成一個主幀(大周期)，每個大周期由若干個小周期組成，其余各周期同樣按照2的冪次的調和排入消息表，具體的算法詳見文獻[2]。多數(shù)的總線控制器系統(tǒng)軟件都只實現(xiàn)了周期消息的傳輸，即同步通訊。但在實際應用的總線通訊中，有些消息是由系統(tǒng)中隨機突發(fā)事件激活或由其它事件的請求所引起。這類消息稱非周期消息，相應的傳輸稱異步通訊。異步通訊是在有服務請求的情況下插入同步通訊中的，具有很高的實時性和重要性，因此，能夠根據(jù)用戶的需求，在同步通訊的同時實現(xiàn)非周期消息的異步通訊具有非常實際的意義。

1 總線控制器異步通訊處理方案

總線控制器(BC)是總線上的重要組成?？偩€上所有消息的傳輸都由BC來激勵和控制，是總線進行通訊的開關。為了處理非周期消息，在總線上必須對BC原有的靜態(tài)總線控制協(xié)議進行改進，改進后的協(xié)議稱為ISBC，它的特點是：

·當消息被更新后才進行傳輸，其工作機理為更新檢測傳輸(UPDT)；

·消息傳輸周期是變化的。一個周期消息完成后立即開始新的周期。對任何相關子系統(tǒng)來說，對更新性消息而言，傳輸周期是異步的。

這一協(xié)議的應用降低了通信系統(tǒng)的負載和平均延遲時間，大大改善了子系統(tǒng)的性能。

實現(xiàn)更新數(shù)據(jù)傳輸機制(ISBC)的方法有兩種：異步服務請求方式和BC定時查詢方式。異步服務請求方式是當同步通訊段中的某一周期消息的狀態(tài)字的服務請求位因異步的服務而被置1時必需插入異步通訊。BC定時查詢方式是總線控制器BC以某一預定頻率向RT發(fā)送方式指令0x1000(發(fā)送矢量字)。被查詢的RT若有非周期消息，就將矢量字置位，通知BC組織非周期消息的傳輸。

異步請求方式無查詢開銷，但它對非周期消息響應不確定，必須在請求RT獲得總線使用權時BC才組織傳輸非周期消息。BC定時查詢方式較前者有很強的確定性，它每個小周期對各個終端查詢一次，可以保證非周期消息的分辨率，雖然有查詢開銷，但由于采用UDPT方式，開銷并不多。另外由于它的確定性，系統(tǒng)設計時可確切地對系統(tǒng)進行性能評價，便于系統(tǒng)設計。由于在實時系統(tǒng)中主要考慮實時性問題，因此本軟件采用BC定時查詢方式。

2 異步通信軟件的仿真測試環(huán)境

仿真軟件的開發(fā)基于特定的硬件和軟件配置環(huán)境。如圖1所示。

在整個測試環(huán)境中，本軟件用來組織整個系統(tǒng)各個子系統(tǒng)間消息的傳輸，并響應子系統(tǒng)的非周期消息傳輸請求，實現(xiàn)異步通訊。計算機仿真終端必須由一塊多路數(shù)據(jù)總線接口卡連接到總線上，以進行數(shù)據(jù)通訊。本軟件的開發(fā)選用美國DDC公司的IDEA多路數(shù)據(jù)總線接口卡，Win98操作系統(tǒng)為計算機仿真平臺。

IDEA接口卡本身提供了一個RTL(運行時庫)函數(shù)庫，為上層仿真軟件的開發(fā)提供了與底層硬件驅動相關的特定功能接口函數(shù)(API)，驅動總線接口卡與總線進行數(shù)據(jù)通訊。為了給用戶提供友好的界面，本仿真軟件使用VC++語言進行設計開發(fā)。

仿真軟件除了要組織消息的異步通訊，還要求對鏈入網(wǎng)絡的各個終端進行監(jiān)視，判斷各個RT故障情況，將其鏈入或剔除網(wǎng)絡的通信過程，以提高網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸效率，并實時顯示節(jié)點狀態(tài)便于管理員及時發(fā)現(xiàn)和排除故障。同時在實際通訊中，為了協(xié)調各個終端的通訊，設計了周期性的帶數(shù)據(jù)字的同步消息，每個周期向各個RT廣播，通知各個RT做好準備，并在特定終端的異步消息傳輸結束后通知該RT。設計中周期消息的傳輸周期分別為2s、1s、50ms(周期時間為設計值，可根據(jù)用戶要求改變)，故設定周期性消息的傳輸大周期為2s，并將其分成40個小周期(每周期為50ms)。每一小周期1553B命令的配置圖如圖2所示。

3 異步通訊軟件的結構

考慮以上功能的實現(xiàn)和VC++語言本身的特點，本軟件在界面和功能的實現(xiàn)上采用模塊化的設計思想，由設置文件建立模塊(M1-1)和仿真功能實現(xiàn)模塊(M1-2)兩個主模塊組成，各主模塊根據(jù)需要包含相應的功能子模塊(模塊的命名方式：M層次－模塊號)。設置文件建立模塊(M1-1)為用戶提供輸入界面，用戶可以方便地定義系統(tǒng)所使用的終端地址、要傳輸?shù)南热莺蛿?shù)據(jù)以及周期消息傳輸?shù)南⒈?，對不同的用戶有很大的適應性。仿真功能實現(xiàn)模塊(M1-2)根據(jù)M1-1提供的數(shù)據(jù)定時組織周期消息的傳輸，并查詢異步消息的傳輸請求，及時響應異步消息請求并組織傳輸，每個大周期定時向故障節(jié)點發(fā)送查詢消息，以判斷相應RT的狀態(tài)并刷新實時顯示各節(jié)點狀態(tài)。系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)流如圖3所示(設該軟件為0級模塊，即M0-仿真軟件)。

設置文件建立模塊主要為用戶提供一個友好的輸入界面，用戶輸入的數(shù)據(jù)主要為仿真功能實現(xiàn)模塊提供輸入。仿真功能實現(xiàn)模塊從軟件中取出用戶在設置文件模塊中定義的傳輸消息所必需的數(shù)據(jù)，組織消息傳輸。根據(jù)不同功能的實現(xiàn)，它所包含的子模塊主要為：IDEA卡的初始化和周期消息傳輸(M2-1)、異步通訊實現(xiàn)模塊(M2-2)、RT故障檢測(M2-3)。