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便攜式1553B電纜測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

作者:董文岳,蔣曉華,顏軍 時間:2012-11-20 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  1 引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/139101.htm

  隨著航空航天以及武器裝備的電子信息化程度的日益提高,的地位也日益突出,應(yīng)用也越來越廣泛。如何對系統(tǒng)的特性以及終端通訊協(xié)議進(jìn)行全面有效的測試評估是長期以來的一個重要課題。本文參照GJB5185.5-2004以及GJB289-97等標(biāo)準(zhǔn),闡述了一種新型的便攜式1553B電纜測試系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。

  2 需求分析及功能定義

  對系統(tǒng)的檢測主要分為對1553B總線檢測和對1553B終端設(shè)備通訊協(xié)議的檢測兩大類。

  2.1 1553B總線測試

  1553B電纜網(wǎng)絡(luò)主要由主總線、短截線、耦合器三大部分組成[1,2]。受原料質(zhì)量、生產(chǎn)加工、現(xiàn)場安裝、震動、磨損、溫度等因素影響,電纜網(wǎng)絡(luò)可能會出現(xiàn)線芯短路、線芯開路、線芯與屏蔽網(wǎng)短路、屏蔽網(wǎng)不連續(xù)、線芯極性接反等故障,因此需要對這些參數(shù)進(jìn)行測試[1,2,3]。另外,電纜網(wǎng)絡(luò)接口松動接觸不良、耦合器不良、線圈比例不合格等因素會引起電纜交流參數(shù)變化,給通訊造成隱患,因此需要對數(shù)據(jù)完整性以及波形參數(shù)進(jìn)行測試[1,2,3]。

  2.2 1553B終端設(shè)備功能檢測

  1553B終端設(shè)備功能檢測是檢驗被測終端設(shè)備是否能正常進(jìn)行1553B數(shù)據(jù)通訊,是否滿足1553B協(xié)議。1553B終端設(shè)備可能會出現(xiàn)發(fā)送消息信號波形的峰值、時間間隔、對稱性等異常,或接收器無法識別標(biāo)準(zhǔn)的1553B信號,造成消息無法發(fā)送出去、無法識別RT地址、對接收到的命令字消息無法響應(yīng)等故障。這些故障都體現(xiàn)在它們在總線網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù),于是可以在總線網(wǎng)絡(luò)上接入一個工作在BM模式下的1553B終端設(shè)備,對總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)聽,檢測網(wǎng)絡(luò)上哪個終端設(shè)備的數(shù)據(jù)不對,發(fā)現(xiàn)故障終端后再對該終端進(jìn)行詳細(xì)的故障排除、維修[4,5]。

  另外,由于在外場對航空電子設(shè)備或武器裝備進(jìn)行檢測時,所有儀器設(shè)備都已經(jīng)安裝在飛機(jī)、火箭內(nèi)部,維護(hù)人員面臨設(shè)備拆卸不便、測試空間有限等困難。因此,用于檢測的測試系統(tǒng)要具有操作簡單、攜帶方便、長距離通訊等功能[3]。

  3 總體設(shè)計

  根據(jù)外場遠(yuǎn)距離測試要求,便攜式1553B電纜測試系統(tǒng)分成兩個部分:測試主機(jī)和信號源,兩者通過Wi-Fi或RS485進(jìn)行通訊,互相配合完成1553B總線設(shè)備的檢測[3]。系統(tǒng)框圖如圖1所示,采用嵌入式平板電腦作為整個系統(tǒng)的主控單元,其通過外圍接口(USB、Wi-Fi/RS485、RS232)擴(kuò)展1553B測試專用主板、數(shù)據(jù)采集板以及1553B測試信號源主板,其中1553B測試信號源通過WiFi/RS485跟主機(jī)通訊,通訊距離不小于50米(Wi-Fi)/1000米(RS485)[3]。

  圖1 便攜式1553B電纜測試系統(tǒng)的組成

  主控單元采用嵌入式平板電腦,其豐富的外設(shè)可滿足擴(kuò)展各個系統(tǒng)模塊的要求,觸摸屏設(shè)計以及可安裝Windows XP操作系統(tǒng),為設(shè)計友好的人機(jī)交互界面提供了條件。1553B測試專用主板上集成了系統(tǒng)供電系統(tǒng)、1553B電纜網(wǎng)絡(luò)測試模塊以及基于USB接口的1553B終端設(shè)備功能測試模塊。1553B測試專用主板基于FPGA設(shè)計,主板控制處理器、網(wǎng)絡(luò)測試用的1553B總線控制器以及終端設(shè)備功能測試用的1553B控制器全部集成在FPGA內(nèi)部,集成度高,體積小,達(dá)到便攜式設(shè)計要求。數(shù)據(jù)采模塊采用基于USB接口設(shè)計,負(fù)責(zé)對1553B總線上的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行采集,傳輸?shù)街骺貑卧M(jìn)行分析處理。1553B測試信號源模塊也是基于FPGA設(shè)計,用于產(chǎn)生測試所需要的各種1553B數(shù)據(jù)信號[3]。

  另外,為提高系統(tǒng)使用的便利性以及對環(huán)境的適應(yīng)性,測試主機(jī)和1553B測試信號源都設(shè)計有鋰電池供電,而且支持一邊充電一邊工作的模式[3]。

  4 硬件設(shè)計

  4.1 主控單元及數(shù)據(jù)采集模塊

  系統(tǒng)的主控單元選用嵌入式平板電腦,選型要求主要為具有RS485/WiFi、USB、RS232接口,低功耗,支持觸摸輸入,支持Windows XP操作系統(tǒng)等。綜合考慮系統(tǒng)的要求,可選用工業(yè)控制平板電腦。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接可選用基于USB接口的數(shù)據(jù)采集模塊,要求其具有如下性能:帶寬200MHz,采樣速率高達(dá)1 GS/s;支持2通道輸入;存儲深度為32Mpts;垂直分辨率8位;緊湊的便攜式結(jié)構(gòu);USB2.0接口;最大輸入CAT 130Vrms, 42 Vpk[3]。

  4.2 1553B測試專用主板

  1553B測試專用主板采用緊湊型設(shè)計,由系統(tǒng)供電模塊、1553B電纜網(wǎng)絡(luò)測試模塊以及基于USB接口的1553B終端設(shè)備功能測試模塊組成。主板的原理框圖如圖2所示:

  圖2 1553B測試專用主板原理框圖

  1553B測試專用主板的核心為一款大容量的FPGA,其中內(nèi)嵌歐比特公司的高可靠嵌入式處理器S698 IP核作為主控SOC,同時內(nèi)部集成了電纜網(wǎng)絡(luò)測試和終端設(shè)備功能測試用的1553B總線控制器,配合外圍接口模塊,實現(xiàn)了USB接口、RS232接口、1553B電纜網(wǎng)絡(luò)測試控制模塊以及1553B終端設(shè)備控制模塊的功能[3,4]。

  S698 IP核是一款可裁減的基于AMBA總線架構(gòu)的內(nèi)核,帶有豐富的外設(shè),特點(diǎn)如下[4]:

  ? 帶IU/FPU單元,支持5級流水;

  ? 帶有內(nèi)存控制器,可以外接SRAM/PROM/SDRAM;

  ? 帶有中斷控制器;

  ? 帶有2個UART串口;

  ? 帶有2個內(nèi)部定時器;

  ? 帶有GPIO接口;

  1553B總線控制器 IP核是歐比特公司專門為航空、航天測控網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備開發(fā)的符合MIL-STD-1553B(以下簡稱1553B)協(xié)議的總線控制器模塊。該模塊內(nèi)部實現(xiàn)了1553B總線協(xié)議處理器和總線數(shù)據(jù)收發(fā)器,可以完成總線控制器(BC:Bus Controller)、遠(yuǎn)程終端(RT:Remote Terminal)和總線監(jiān)視器(BM:Bus Monitor)三種總線設(shè)備的功能。此處使用的1553B內(nèi)核是集成了2個OBT1553B的功能,從而實現(xiàn)具有獨(dú)立兩路1553B功能的總線控制器。同時內(nèi)核內(nèi)置了32K X 16 Bit靜態(tài)存儲器,靜態(tài)存儲器容量的大小可以根據(jù)需要修改[5]。

  S698處理器內(nèi)部帶有RS232接口[4],它用于實現(xiàn)1553B電纜網(wǎng)絡(luò)測試模塊跟系統(tǒng)主控單元之間的通訊,主控單元根據(jù)測試流程通過RS232接口向網(wǎng)絡(luò)測試模塊發(fā)送命令,網(wǎng)絡(luò)測試模塊根據(jù)命令控制1553B控制器模擬某種1553B總線工作模式(BC/RT/BM),發(fā)送或接收1553B數(shù)據(jù)消息,并控制數(shù)據(jù)采集通道的切換[3]。

  在S698處理器的IO接口外掛PHILIPS公司提供的ISP1582芯片,即可實現(xiàn)12Mbit/s全速的USB接口功能[6]。USB接口用于實現(xiàn)1553B終端設(shè)備功能測試模塊跟主控單元之間的通訊,主控單元通過USB接口控制主板上1553B終端設(shè)備功能測試模塊模擬某種1553B總線工作模式(BC/RT/BM),實現(xiàn)跟外部被測1553B終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,主板把主控單元發(fā)送下來的數(shù)據(jù)組成消息發(fā)送出去,或把接收到的消息數(shù)據(jù)上傳到主控單元進(jìn)行分析、處理。

  4.3 1553B測試信號源

  1553B測試信號源要根據(jù)測試進(jìn)程,模擬BC或RT,產(chǎn)生各種測試用的1553B激勵信號?;贔PGA設(shè)計信號源模塊,具體原理框圖如圖3所示:

  圖3 信號源模塊功能框圖

  1553B信號源模塊基于FPGA設(shè)計,采用S698 IP核作為板上主控處理器,結(jié)合外圍晶振、復(fù)位、數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器,組成板上控制系統(tǒng)。同時在FPGA內(nèi)部集成了1553B總線控制器 IP核,實現(xiàn)BC/RT/BM功能,產(chǎn)生各種1553B總線數(shù)據(jù)信號。為實現(xiàn)跟系統(tǒng)的主控單元之間的通訊,設(shè)計有WiFi以及RS485接口。S698自身帶有串口控制器,選用MAXIM公司提供的RS485驅(qū)動芯片--MAX3485作為驅(qū)動即可實現(xiàn)RS485接口。WIFI接口選用工業(yè)用WiFi轉(zhuǎn)串口模塊SocketWireless WiFi,它支持因特網(wǎng)協(xié)議、加密協(xié)議、硬件加速協(xié)議,支持無線IEEE 802.11b/g標(biāo)準(zhǔn),可以方便的把串口設(shè)備接入IEEE 802.11b/g無線局域網(wǎng)[3]。

  5 專用軟件設(shè)計

  為利于系統(tǒng)的維護(hù)及功能擴(kuò)展,專用軟件的設(shè)計遵循軟件結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計思想。專用軟件主要包括WIFI/RS485用戶管理模塊、系統(tǒng)配置管理模塊、通訊控制模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊、1553B電纜網(wǎng)絡(luò)測試模塊、1553B終端設(shè)備功能測試模塊、測試波形回放打印模塊、測試報表統(tǒng)計分析模塊、系統(tǒng)在線幫助模塊,總體結(jié)構(gòu)如圖4所示:

  圖4 專用軟件總體框圖

  上層界面軟件通過主控單元的外設(shè)驅(qū)動接口跟底層固件之間實現(xiàn)通訊。USB接口采用常用的通訊協(xié)議,在此不作詳述。RS485以及RS232接口采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU通訊協(xié)議。該協(xié)議采用請求和應(yīng)答機(jī)制,并對數(shù)據(jù)幁進(jìn)行了16位CRC校驗,通訊過程中采用重發(fā)機(jī)制,從而保證了通訊的安全性和準(zhǔn)確性。

  Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議,控制器相互之間和其它設(shè)備之間可以通信。該協(xié)議已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),它定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程,以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。

  當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時,此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址,識別按地址發(fā)來的消息,決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng),控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。MODBUS通訊過程如圖5所示。

  圖5 MODBUS通訊過程示意圖

  6 結(jié)束語

  本文提供了一種新型的便攜式1553B電纜測試系統(tǒng)的設(shè)計方案,該方案可以提供1553B電纜網(wǎng)絡(luò)故障檢測以及定位、電纜網(wǎng)絡(luò)性能測試分析以及1553B終端設(shè)備功能和協(xié)議測試功能,具有高集成、高穩(wěn)定、高可靠以及操作簡單、通用性強(qiáng)、攜帶方便等特點(diǎn)。目前,該方案已經(jīng)在珠海歐比特公司的OBT1553B-CTS-P型便攜式1553B電纜測試系統(tǒng)產(chǎn)品中得到實現(xiàn)和應(yīng)用,該產(chǎn)品也已經(jīng)在我國多家裝備研制和維護(hù)檢修單位中得到了實際的應(yīng)用,用戶反映良好。

  參考文獻(xiàn):

  [1] 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會. GJB5186.5-2004 數(shù)字式時分制指令/響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線測試方法,第五部分:系統(tǒng)測試方法,2004.

  [2] Aerospace Internetional Group. SAE4115 Test Plan For The Digital Time Division Command/Response Multiplex Data Bus System,2006.

  [3] 珠海歐比特控制工程股份有限公司. OBT1553B-CTS-P型便攜式1553B電纜測試系統(tǒng)使用說明書. 2011.

  [4] 珠海歐比特控制工程股份有限公司. S698-T芯片用戶手冊. 2011.

  [5] 珠海歐比特控制工程股份有限公司. OBT1553-1M IP核用戶手冊. 2011.

  [6] PHILIPS Inc. ISP1582 Hi-Speed Universal Serial Bus peripheral controller Preliminary data sheet. 2004.



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