基于μC/OS-Ⅱ的1553B和ARINC429總線實(shí)時(shí)協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

近年來(lái),ГOCT18977、1553B和ARINC429已成為我軍機(jī)載設(shè)備間、飛機(jī)與導(dǎo)彈間數(shù)據(jù)通信所廣泛采用的總線標(biāo)準(zhǔn)。這種多種總線標(biāo)準(zhǔn)并存的情況帶來(lái)一系列問(wèn)題:一是在地面維護(hù)過(guò)程中,需要測(cè)試不同總線標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù);二是不同總線標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。因此如何實(shí)現(xiàn)地面檢測(cè)設(shè)備與多種不同總線標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載設(shè)備之間的通信以及不同總線標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換成為必須解決的問(wèn)題。本文針對(duì)某型飛機(jī)加掛某型導(dǎo)彈的實(shí)際應(yīng)用,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于μC/OS-Ⅱ的1553B和ARINC429總線實(shí)時(shí)協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

　　1 協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的需求分析和設(shè)計(jì)原則

　　1553B和ARINC429總線實(shí)時(shí)協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是某型飛機(jī)發(fā)射架的一部分,主要完成以下功能:(1)完成對(duì)導(dǎo)彈加溫、準(zhǔn)備和發(fā)射三個(gè)階段的實(shí)時(shí)控制;(2)在導(dǎo)彈準(zhǔn)備和發(fā)射階段,把1553B格式的飛行任務(wù)轉(zhuǎn)換成ARINC429格式,并發(fā)送給導(dǎo)彈; (3)在導(dǎo)彈準(zhǔn)備和發(fā)射階段,控制電源模塊輸出4路直流給導(dǎo)引頭;(4)完成對(duì)導(dǎo)彈故障的實(shí)時(shí)檢測(cè),并上報(bào)給飛機(jī)。

　　顯然,該系統(tǒng)是一個(gè)典型的航空電子設(shè)備,因此,實(shí)時(shí)性和可靠性將是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。同樣,簡(jiǎn)單化、模塊化也是設(shè)計(jì)中要遵循的思想。具體來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下列幾個(gè)原則:(1)實(shí)時(shí)性強(qiáng);(2)可靠性高;(3)具有一定的擴(kuò)展性;(4)維修性好;(5)通用性好。

　　2 1553B和ARINC429協(xié)議分析

　　2.1 1553B總線協(xié)議[1-3]

　　1553B總線的正式名稱為“時(shí)分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”(Time Division Command/ Response Multiplex Data Bus),是目前世界軍用飛機(jī)中應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。1553B高度的可靠性和靈活性使它在機(jī)載、艦載以及地面武器設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用,并逐漸應(yīng)用到民用領(lǐng)域。

　　1553B總線的基本操作要求是:總線系統(tǒng)信息傳輸?shù)目刂茩?quán)唯一歸總線控制器所有;總線系統(tǒng)的操作應(yīng)是指令/響應(yīng)型的異步操作;數(shù)據(jù)總線上的信息傳輸應(yīng)以半雙工方式進(jìn)行;數(shù)據(jù)總線上的信息流應(yīng)由消息組成;總線系統(tǒng)應(yīng)具有方式控制的能力。

　　1553B總線上只有3種字格式,分別是指令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字,如圖1所示。一個(gè)字的結(jié)構(gòu)為“同步頭+16位數(shù)據(jù)位+奇偶校驗(yàn)位”,總共20個(gè)位時(shí)。

　　1553B總線上的消息格式數(shù)量有限,可以分為非廣播消息和廣播消息兩大類。非廣播消息有6種消息格式,廣播消息有4種格式,除了這10種消息格式之外,不應(yīng)使用任何別的消息格式。

　　2.2 ARINC429總線協(xié)議[4-6]

　　ARINC429總線是ARINC為航空電子系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸而定義的航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其正式名稱為MARK33數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)DITS(Digital Information Transfer System)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),信號(hào)形式同ГОСТ18977。ARINC429 在國(guó)內(nèi)被稱為HB6096-86 數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)。

　　ARINC429總線的一個(gè)數(shù)據(jù)字有32位,它們被分為5段,采用2的補(bǔ)碼小數(shù)記法編碼(BNR)或ISO5 號(hào)字母表數(shù)字子集編碼(BCD),其數(shù)據(jù)格式如表1所示。

　　ARINC429的傳輸協(xié)議十分簡(jiǎn)單,是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸協(xié)議,解決了原來(lái)419 規(guī)范的許多矛盾和沖突。根據(jù)規(guī)范,其數(shù)字信息通過(guò)一對(duì)單向、差分耦合、雙絞屏蔽線傳輸,屬于串行通信,實(shí)現(xiàn)32比特字傳輸格式。

　　3 協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 總體設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)框圖

　　綜合協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能需求及1553B和ARINC429的協(xié)議分析,提出如下設(shè)計(jì)方案:(1)硬件環(huán)境:采用“MCU+FPGA+外圍芯片”方案構(gòu)建硬件系統(tǒng),MCU采用TI 公司的DSP TMS320LF2407實(shí)現(xiàn);FPGA采用Altera公司的Stratix FPGA軍用溫度級(jí)產(chǎn)品EP1S60F1020I6實(shí)現(xiàn);外圍芯片主要包括1553B協(xié)議芯片BU61580等。(2)軟件環(huán)境:將嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核μC/OS-II移植到DSP控制器TMS320LF2407上從而構(gòu)建一個(gè)低成本的通用嵌入式實(shí)時(shí)軟件平臺(tái);基于DSP集成化軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS,用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。

　　1553B和ARINC429總線實(shí)時(shí)協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)嵌入式微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),由控制器模塊、接口電路模塊和電源模塊三部分組成,其總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　控制器模塊是協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心,用于完成對(duì)導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)控制、邏輯判斷、總線轉(zhuǎn)換以及串口通信等功能;接口電路模塊是協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的外部接口(飛機(jī)、導(dǎo)彈接口)與控制器模塊之間的橋梁,其功能是信號(hào)隔離、電平轉(zhuǎn)換和功率信號(hào)時(shí)序控制等;電源模塊包括兩個(gè)部分,一部分用于產(chǎn)生協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)本身工作所需電源,另一部分用于產(chǎn)生導(dǎo)引頭工作所需電源。