机载MIL-STD-1553B总线通信异常排查研究

机载MIL-STD-1553B总线通信异常排查研究【摘要】针对基于MIL-STD-1553B总线的机载网络系统，出现信息传输异常现象，现从设计原理上进行详细的分析，并提出排查方案，为机载MIL-STD-1553B总线信息传输异常排查提供借鉴。【关键词】机载网络系统MIL-STD-1553B总线1引言随着电子技术的飞速发展，电子集成系统特别是嵌入式实时系统在飞机平台上得到了越来越广泛的应用。MIL-STD-1553B总线就是美国军方专为飞机上设备制定的一种信息传输总线标准，也就是设备之间传输的协议，相比我国也出版了与1553B等效的GJB289A数字式时分制指令／响应型多路传输数据总线标准，正因为这类总线的诞生，使得机载电子设备在功能和资源上得到更有效的共享。但随机载电子系统集成度不断提高，机载设备的交联关系也变的十分复杂，导致这类总线通讯故障定位困难。本文重点对基于1553B总线的机载网络系统通讯异常原因从设计原理上进行研究，提出排查方案。21553B总线协议的概述MIL-STD-1553B总线是一种中央集权式的串行总线，总线组成包括一个总线控制器（BC），负责总线调度、管理，是总线通讯的发起者和组织者；若干(最多不超过31个)远程终端（RT）；另外还可以有一种监控设备即总线监视器（BM），用于监视总线的运行。1553B总线采用异步数据传输方式，传输速率1Mbps（现已出现支持4Mbps的板卡），数据编码采用曼彻斯特II型码，差分传输，一般采用屏蔽双绞线作为传输介质。该总线采用指令应答方式实现系统通讯，采用冗余通道和奇校验以及相应的错误处理来提高系统通讯的可靠性。由于1553B总线具有极高的可靠性，因而在航空、航天、军事等领域的电子联网系统中得到广泛应用。3基于1553B总线机载设备通讯原理3.11553B总线的网络拓扑为了确保航空总线的高可靠性，一般飞机都会设计多余度总线网络，如图1所示，可以保证总线控制器、远程终端及总线监控器能够在任一总线上进行通讯。图11553B总线网络拓扑图3.2数据编码方式1553B总线上的信息是以消息的形式调制成曼彻斯特Ⅱ型码进行传输的。曼彻斯特码Ⅱ型是双相电平码，编码调制方式如图2所示。逻辑1为双极编码信号1/0(即1个正脉冲继之1个负脉冲）。逻辑0为双极编码信号0/1(即1个负脉冲继之1个正脉冲）。过零跳变发生在每一位时的中点。图2曼彻斯特II型调制方式3.31553B信息传输形式3.3.1BC-RT传输在此情况下，BC发出一个指令字到它要寻址的RT，指令字中RT指明被寻址的终端地址。在此消息得到RT确认后，终端将响应一个状态字供BC判断此次传输是否成功，这样就完成了1次BC-RT传输。3.3.2RT-BC传输在这种情况下，BC发出一个指令字到它寻址的终端，指示该终端发送一个由指令字中的字计数中定义的1～32个数据字。在指令字得到确认后，RT将返回状态字，并跟随相应数目的数据字，BC将确认返回的消息，完成RT-BC的传输。3.3.3RT-RT传输在这种情况下，总线控制器将发送两个指令字，第一个指令字是对接收消息的终端寻址，第二个指令字寻址发送消息的终端。两个指令字包含同样的计数场。在指令字得到验证后，发送RT将发送状态字并紧随相应数目的数据字。在消息得到接收终端确认后，接收端也要发回一个状态字，这样便完成了RT-RT传输。41553B总线通信异常排查分析在机载航电系统的首次通电及日常维护通电检查中，偶尔会出现BC与RT、RT与RT通讯异常现象。从设计原理分析有以下三种可能：总线线路断路、总线信号衰减、成品故障。4.1总线线路通断的判断以双余度总线为例，1553B总线信号传输前，BC通过A、B总线同时给RT发送握手指令，RT收到后通过A、B总线给BC回复握手成功状态，若BC先在A总线收到回复，则通过A总线开始进行通讯；若BC先在B总线收到回复，则通过B总线开始进行正常通讯。根据多余度1553B总线通讯线路选择原理，我们无法判定通讯故障时使用的A总线还是B总线，只能通过隔离法对每条总线分别进行通电检查，将故障锁定到某一总线。进一步对1553B总线进行导通，由于1553B总线中有多个耦合器，这类耦合器工作电压低，且屏蔽性要求高，不能用一般三用表导通，应借助1553B测试设备进行导通。检查线路的通断，并将故障锁定到某一耦合器、线接器、电缆，最终予以更换再次通电验证。4.2信号衰减的判断若线路检测结果为通路，还需要检测总线线路的衰减是否正常。因为在1553B总线传输中，出现信号衰减不正常，将会导致传输的电平信号波形异常，系统报故。1553B总线传输的数据码采用的是曼彻斯特II型双向电平编码，如图2所示，逻辑1表示一个正脉冲继之以一个负脉冲，逻辑0表示一个负脉冲继之以一个正脉冲。如果总线信号衰减值，可能造成正负脉冲过0点位置不正确、位时编码畸形，导致曼彻斯特II型编码无效，终端无法识别。使用1553B总线分析仪对需要检测的总线进行检查，判断是否在正常衰减值范围内，并定位故障，衰减值不正常的原因有很多，比如屏蔽套破损，耦合器、线接器、端接电阻损坏等。4.3成品故障的判断通过借助总线监控器接入1553B机载网络系统中，监控各设备的工作状态是否正常，并关注故障复现时传输的消息字，根据ICD定义判断机载设备间通信的信息是否正确，最终能将故障定位到某一成品。5结束语看来1553B总线传输并不是我们想象的那么稳定，还受到许多条件的限制。信号衰减的原因也有很多，比如屏蔽套破损，耦合器、线接器、端接电阻损坏，双绞线的短路、断路，还有传输距离要求，主线不超过100米，采用变压耦合方式短截线不超过6米，采用直接耦合方式短截线不超过0.3米等等。总之，在基于MIL-STD-1553B总线的机载网络系统排故过程中一定要注意总线传输问题对故障现象的影响。一般线路（硬线）问题往往比较容易排除，可以通过线路连接图进行机上线路导通绝缘检查排除；总线问题就比较棘手，需要考虑总线线路通断、总线衰减、ICD接口定义错误等等，这些原因都值得我们探讨深究。参考文献[1]