MIL_STD_1553B基础知识介绍.ppt

1,目 录,一、1553B背景介绍 1、1553B的由来 2、1553B的应用 3、1553B的优点 4、EBR-1553 二、1553B总线基础知识介绍 1、网络拓扑结构 2、终端（总线控制器、远程终端、总线监控器） 3、传输方式 4、数据格式 （1）、概述 （2）、命令字、数据字、状态字 （3）、1553B消息格式 5、总线连接 （1）、线缆 （2）、耦合方式 （3）、网络构成,2,一、1553B背景介绍,1、1553B的由来 2、1553B的应用 3、1553B的优点 （1）、线性局域网络结构 （2）、冗余容错能力 （3）、支持“哑”节点和“智能”节点 （4）、高水平的电器保障性能 （5）、良好的器件可用性 （6）、实时可确定性 4、EBR-1553,3,一、1553B背景介绍,1、1553B的由来 在20世纪60年代以前，飞机机载电子系统没有标准的通用数据通道，各个电子设备单元之间连接往往需要大量的电缆。随着机载电子系统的不断复杂化，这种通信方式所用的电缆将会占用很大的空间和重量，而且对传输线的定义和测试也较为复杂，费用较高。 为了解决这一问题，美国SAE A2K委员会在军方和工业界的支持下于1968年决定开发标准的信号多路传输系统，并于1973年公布了MIL-STD-1553标准。1973年的1553B多路传输数据总线成为了未来军机将采用的技术，它取代了在传感器、计算机、指示器和其他飞机设备间传递数据的庞大设备，大大减少了飞机重量，并且使用简单、灵活。,4,一、1553B背景介绍,此标准的修订本于1978年公布，即MIL-STD-1553标准。1980年，美国空军对该标准作了修改和补充。 MIL-STD-1553标准，作为美国国防部武器系统集成和标准化管理的基础之一，且已成为一种国际标准。 我国于1987年颁布了相应的军标。,5,一、1553B背景介绍,2、1553B的应用 该总线标准已广泛用于飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统，并扩展至坦克、舰船、航天等领域.,1553B总线,6,一、1553B背景介绍,国外航电系统起步较早，1553B得到美空军、海军、陆军的认可，得到非常成熟和大面积的应用，F16是采用 1553A 标准的第一种作战飞机。另有F-8、B-1、AV-8B等多款飞机也有采用。 我国早在90年代就已立项做1553B协议的研究与产品研制工作，并被纳入军标GJB 289A数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线，且投入了大量的人力及物力。目前机载，弹载，舰载，车载系统都已经将1553B总线列入系统的核心，这方面的需求量在逐年加大。,7,一、1553B背景介绍,3、1553B的优点 （1）、线性局域网络结构 合理的拓扑结构使得1553B总线成为航空系统或地面车辆系统中分布式设备的理想连接方式。与点对点连接相比，它减少了所需电缆、所需空间和系统的重量。便于维护，易于增加或删除节点，提高设计灵活性。 （2）、冗余容错能力 由于其固有的双通道设计，1553B总线通过在两个通道间自动切换来获得冗余容错能力，提高可靠性。,8,一、1553B背景介绍,（3）、支持“哑”节点和“智能”节点 1553B总线支持非智能的远程终端。这种远程终端提供与传感器和激励器的连接接口。十分适合智能中央处理模块和分布式从属设备的连接。 （4）、高水平的电器保障性能 由于采用了电气屏蔽和总线耦合方式，每个节点都能够安全地与网络隔离；减少了潜在的损坏计算机等设备的可能性。,9,一、1553B背景介绍,（5）、良好的器件可用性 1553B总线器件的制造工艺满足了大范围温度变化以及军标的要求。器件的商品化使得1553B总线得以广泛地应用在苛刻环境的项目当中。 （6）、实时可确定性 1553B总线的命令/响应的协议方式保证了实时的可确定性。,10,一、1553B背景介绍,4、EBR-1553 对于低空飞行控制系统中的传感器、制动器、控制器和动力管理系统，要求其具有1KHz的典型刷新频率。而速率仅为1Mbps的MIL-STD-1553协议规范远不能满足要求。 为适应这一需要，SAE（Society of Automotive Engineers）定义了EBR-1553（Enhanced Bit Rate 1553）。EBR-1553遵循MIL-STB-1553协议，采用了星型总线结构，从而使得总线速率达到了10Mbps。,11,一、1553B背景介绍,EBR-1553与MIL-STB-1553协议规范的几个不同点： 不支持RT-RT模式； 每个RT需要一个HUB才可与BC连接； EBR-1553定义了三种HUB模式：“SPEC”、“SWITCH”、“LINK”； EBR-1553是根据MIL-STB-1553定义的增强速率总线。,12,二、1553B总线基础知识介绍,1、网络拓扑结构 2、终端（总线控制器、远程终端、线监控器） 3、传输方式 4、数据格式 （1）、概述 （2）、命令字、数据字、状态字 （3）、1553B消息格式 5、总线连接 （1）、线缆 （2）、耦合方式 （3）、网络构成,13,二、1553B总线基础知识介绍,1、网络拓扑结构 1553B总线（数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线）由数据总线、终端或子系统终端接口组成。通过分时传输（TDM）方式，实现系统中任意两个终端间相互交换信息。 多路传输数据总线结构示例,14,二、1553B总线基础知识介绍,2、终端（总线控制器、远程终端、总线监控器） 终端是数据总线和子系统的接口电子组件，从功能上说它可以是总线控制器（BC：Bus Controller）、远程终端（RT：Remote Terminal）或总线监控器（BM：Bus Monitor）；从物理结构上说 ，终端可以是独立组件，也可以包含在子系统中。 1553B总线系统采用命令/响应式传输的操作方式。只有当总线控制器发出命令后，远程终端才能作出响应。,15,二、1553B总线基础知识介绍,2、终端（总线控制器、远程终端、线监控器） 终端具有以下公共操作能力 字的核实：终端应保证每个字符合下列最低要求： a.字以有效同步头开始； b.各个位是有效曼彻斯特形码； c.信息字段16位，外加奇偶校验位； d.字的奇偶校验为奇校验。 不符合上述任一项规定的字，即是无效字。,16,二、1553B总线基础知识介绍,超时暂停 为了确保系统的传输安全，终端应设置超时暂停的硬件，以阻止超过800.0s的信号传输。 注意，该硬件不应妨碍在响应指令时的正确传输。通过终端在已发生超时的总线上接收一个有效指令字来恢复该超时暂停功能。 总线活动监测 根据需要，终端应通过“总线活动监测”硬件，判定总线上的信息流动状况，以便不向处于活动状态下的总线再发出任何信息，防止多个传输在同一路总线上发生。,17,二、1553B总线基础知识介绍,2、终端（总线控制器、远程终端、线监控器） （1）、总线控制器（Bus Controller）： BC是总线的控制、管理者，也是所有通信动作的发起者。任何时刻总线上只有一个终端对总线系统实施控制。 终端执行总线控制器操作时，负责发送命令、参与数据传输、接收状态响应和检测总线系统。,18,二、1553B总线基础知识介绍,2、终端（总线控制器、远程终端、线监控器） （2）、远程终端（Remote Terminal）： 远程终端应对来自总线控制器的有效指令字作出响应，并按有效指令字所规定的方式进行操作。 当指令字符合规定，且指令字中的终端地址与本远程终端的专有地址或公用地址(系统若采用广播操作)相符时，则远程终端应承认该指令字有效。 指令字中的远程终端地址字段、发送接收位、子地址方式字段、数据字计数方式代码字段的不适当组合，将导致远程终端的无效传输，远程终端响应接着发生的有效指令。,19,二、1553B总线基础知识介绍,2、终端（总线控制器、远程终端、线监控器） （3）、总线监视器(Bus Monitor): 用于总线上数据的监视、记录。 当终端作为总线监控器时，它应记录总线上传输的信息，以供脱机分析之用(如飞行测试记录、维修记录或任务分析)；或者也应对系统起“监测”作用，用来给备用总线控制器提供信息源，使它接替现行的总线控制器。 如果系统给它指派过专有地址，总线监控器应响应含有其专有地址的消息，但不响应其他消息。,20,二、1553B总线基础知识介绍,3、传输方式 1553B信号以串行数字脉冲编码调制(PCM)形式在数据总线上传输。采用曼彻斯特II型双相电平码。逻辑1为双极编码信号1/0,即一个正脉冲继之一个负脉冲。逻辑0为双极编码信号0/1,即一个负脉冲继之一个正脉冲。1553B的数据传输为半双工方式。总线上波特率为1Mbps。,21,二、1553B总线基础知识介绍,4、数据格式 （1）、概述 1553B信息流由一串1553B消息构成。1553B消息由命令字、数据字、状态字组成。命令字、数据字、状态字都应是： 3位同步头 + 16位有效位 + 1位奇偶校验 总共20位构成。1553B数据采用奇校验。,22,二、1553B总线基础知识介绍,1553B字格式,23,二、1553B总线基础知识介绍,4、数据格式 （2）、命令字、数据字、状态字 、命令字 指令字应由同步头、远程终端地址字段、发送/接收位（T/R）、子地址/方式字段、数据字计数/方式代码字段及奇偶校验位（P）组成。,24,二、1553B总线基础知识介绍,同步头 指令字同步头应是一个无效的曼彻斯特波形。其宽度为3位时，前1.5位时的波形为正，后1.5位时的波形为负，如果紧跟同步头后的一位是逻辑0，那么同步头的后半部分有两个位时的表观宽度。,25,二、1553B总线基础知识介绍,远程终端地址段 紧跟同步头后的5位为远程终端地址段。每个远程终端被指定为一个专有地址，从十进制地址0到十进制地址30均可采用。 但是，尽量不采用十进制地址0作为远程终端的专有地址，因为如果采用十进制的0作为远程终端的专用地址，当消息正常响应时，RT回的状态字将是0000,这不利于通信状态的确认。 另外，十进制地址31(11111)为所有远程终端的公用地址，供系统采用广播操作时使用。,26,二、1553B总线基础知识介绍,发送/接收位 发送/接收位表示要求远程终端作的操作，逻辑0指定远程终端作接收操作，逻辑1指定远程终端作发送操作。 子地址/方式字段 子地址/方式字段用来指定远程终端的子地址，或者用作总线系统进行方式控制时的标记。 十进制1（00001）到30（11110）用于指定子系统地址。 十进制0（00000）和31（11111）不能用于指定子系统地址，而是用于方式代码控制，表示此时数据字/方式代码段的内容为方式代码。,27,二、1553B总线基础知识介绍,数据字计数/方式代码字段 该字段用来指定远程终端应发送、应接收的数据字的个数或方式代码。在任何一条消息内最多可以发送或接收32个数据字。全1表示十进制记数31，而全0表示十进制记数32。 当命令字中的“子地址/方式字段”为（00000）b或（11111）b时，“数据字个数/方式代码字段”的内容为方式代码。 奇偶校验位 命令字最后一位用作前16位的奇偶校验。采用奇校验方式。,28,二、1553B总线基础知识介绍,29,方式代码表,二、1553B总线基础知识介绍,4、数据格式 （2）、命令字、数据字、状态字 、数据字 数据字应由同步头、数据字段和奇偶校验位组成。,30,二、1553B总线基础知识介绍,同步头 数据字同步头是一个无效曼彻斯特波形。如下图。 其宽度为3个位时。前1.5位时的波形为负，后1.5位时的波形为正。 如果该同步头的前位和后位为逻辑1，则同步头的表现宽度为四个位时。,31,二、1553B总线基础知识介绍,数据段 16位数据。 奇偶校验位 数据字的最后一位用作前16位数据的奇偶校验。,32,二、1553B总线基础知识介绍,4、数据格式 （2）、命令字、数据字、状态字 、状态字 状态字同步头、远程终端地址字段、消息差错位、测试手段位、服务请求位、备用位、广播指令接收位、忙位、子系统标志位、动态总线控制接受位、终端标志位及奇偶校验位组成。如下图所示。,33,二、1553B总线基础知识介绍,状态字格式,34,二、1553B总线基础知识介绍,同步头(SYNC)：13位时 同步头与命令字同步头相同。 远程终端地址字段(TERMINAL ADDRESS)：48位时 该字段有5位，为发送状态字的远程终端的地址。 消息差错位(MESSAGE ERROR)：9位时 表示远程终端刚接收到的消息中有一个或多个字没有通过有效性测试。逻辑1表示消息有差错，逻辑0表示消息无差错。 测试手段位(INSTRUMENTATION)：10位时 测试手段位在所有条件下总置为逻辑0。该位为可选位，用来区分是指令字还是状态字。如果使用，指令字中的相应位置为逻辑1。,35,二、1553B总线基础知识介绍,服务请求位(SERVICE REQUEST) :11位时 该位为逻辑1时表示本远程终端有服务请求,要求总线控制器启动与本远程终端或子系统有关的预操作。 当与同一远程终端相连的多个子系统同时要求服务时,设计者必须设计单独的数据字来识别不同的请求服务子系统。直到所有的请求都处理完后，状态字中的“服务请求位”复位为逻辑0，表示无服务请求。 该位只用于在发生异常情况时的触发数据发送操作，而不用于周期性的数据传输服务。,36,二、1553B总线基础知识介绍,备用状态位(RESERVED) :1214位时 状态字的第12、13、14位是备用的状态位。应将它们置为逻辑0，这些位留作今后使用。 广播命令接受位(BROADCAST CMD RECEIVED) :15位时 状态字的第15位时置为逻辑1，表示本远程终端接收到的上一有效指令字是广播指令字。未采用广播方式时，置该位为逻辑0。,37,二、1553B总线基础知识介绍,忙位(BUSY) :16位时 状态字的第16位时置为逻辑1表示远程终端处在忙状态，不能按照总线控制器的指令要求将数据移入子系统或从子系统取出数据。此时在响应发送指令时只发出它的状态字。逻辑0表示不存在忙状态。 子系统标志位(SUBSYSTEM FLAG) :17位时 用来向总线控制器指出存在子系统故障状态，且警告总线控制器本远程终端提供的数据可能无效。 如果与一个远程终端相连的几个子系统都呈现故障状态，应将它们各自的信号逻辑“或”，形成状态字中的子系统标志位，并将事先准备好的一个数据字中的相应位置1，记录故障报告，供进一步检测与分析。 该位为可选位。逻辑1：子系统有故障，逻辑0：子系统无故障。,38,二、1553B总线基础知识介绍,动态总线接受位(DYNAMIC BUS ACCEPTANCE) :18位时 若置为逻辑1，用来表示本远程终端接受动态总线控制的授命。逻辑0表示不接受。该位为可选位。 终端标志位(TERMINAL FALG) :19位时 状态字的第19位时用作终端标志功能。逻辑1表示本远程终端内部存在故障，请求总线控制器干预。逻辑0表示不存在故障。该位为可选位。 奇偶校验位(PAR) :20位时 对16bit状态字进行奇校验。,39,二、1553B总线基础知识介绍,4、数据格式 （3）、1553B消息格式 1553B数据传输格式分两类： 消息传输格式（共有6种） 广播消息传输格式两类（共有4种）,40,二、1553B总线基础知识介绍,4、数据格式 （3）、1553B消息格式 消息传输格式（共有6种） 总线控制器向远程终端的传输 总线控制器应发出一个接收指令字及规定数目的数据字到远程终端，后者在核实消息之后，应发回一个状态字给控制器，指令字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发出。 注释： 1)“#”表示消息间隔 2)“*”表示响应时间,41,二、1553B总线基础知识介绍,远程终端向总线控制器的传输 总线控制器应向远程终端发出一个发送指令字，该远程终端在核实指令字之后，应发回一个状态字给总线控制器，继之以规定数目的数据字。 状态字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发出。 注释： 1)“#”表示消息间隔 2)“*”表示响应时间,42,二、1553B总线基础知识介绍,远程终端向远程终端的传输 总线控制器应向远程终端A发出一个接收指令字，紧接着向远程终端B发出一个发送指令字，远程终端B在核实指令字之后，应发送一个状态字，继之以规定数目的数据字。 状态字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送。远程终端B发出的数据传输结束时及远程终端A在接收到规定数目的数据字之后，分别按规定响应状态字。 注释： 1)“#”表示消息间隔 2)“*”表示响应时间,43,二、1553B总线基础知识介绍,不带数据字的方式指令 总线控制器应使用方式代码表中规定的方式代码向远程终端发出一个发送指令字，该远程终端在核实指令字之后，回送一个状态字。 注释： 1)“#”表示消息间隔 2)“*”表示响应时间,44,二、1553B总线基础知识介绍,带数据字的方式指令(发送) 总线控制器应使用表1中规定的方式代码向远程终端发出一个发送指令字，该远程终端在核实指令字之后，回送一个状态字，继之以一个数据字。状态字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送。 注释： 1)“#”表示消息间隔 2)“*”表示响应时间,45,二、1553B总线基础知识介绍,带数据字的方式指令(接收) 总线控制器应使用方式代码表中规定的方式代码向远程终端发出一个发送指令字，继之以一个数据字。指令字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送。该远程终端在核实指令字和数据字之后，应回送一个状态字。 注释： 1)“#”表示消息间隔 2)“*”表示响应时间,46,二、1553B总线基础知识介绍,4、数据格式 （3）、1553B消息格式 广播消息传输格式（共有4种） 总线控制器向各远程终端的广播传输(广播) 总线控制器发出一个远程终端地址字段为11111的接收指令字，继之以规定数目的数据字，指令字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送。 具有接收广播指令能力的各远程终端在核实消息之后，应按照规定在状态字中将广播指令接收位置位，但不回送状态字。,47,二、1553B总线基础知识介绍,输远程终端向各远程终端传输(广播) 总线控制器应发出一个远程终端地址字段为11111的接收指令字，继之以使用远程终端A的专有地址向远程终端A发出一个发送指令字。远程终端A在核实指令字之后，应回送一个状态字，继之以规定数目的数据字。 状态字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送。具有接收广播指令能力的各远程终端(除远程终端A之外)均应在核实消息之后，按照规定在状态字中将广播指令接收位置位，但不回送状态字。 注释： 1)“#”表示消息间隔 2)“*”表示响应时间,48,二、1553B总线基础知识介绍,不带数据字的方式指令(广播) 总线控制器应发出一个含有方式代码(按方式代码表规定)的且远程终端地址字段为11111的发送指令字。 具有接收广播指令能力的各远程终端应在核实指令字之后，按照规定在状态字中将广播指令接收位置位，但不回送状态字。 注释： 1)“#”表示消息间隔 2)“*”表示响应时间,49,二、1553B总线基础知识介绍,带数据字的方式指令(广播) 总线控制器应发出一个含有方式代码(按方式代码表规定)的且远程终端地址字段为11111的接收指令字，继之以发送一个数据字。 指令字和数据字应以没有字间