1553b,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,也就是设备间传输的协议。而每个国家根据本国的情况,并参考美国的标准制定出自己的总线协议。而相关的公司又根据不同的协议标准开发出相应的
总线接口模块。
数据总线
1553B
数据总线具有双向
输出特性,
实时性和可靠性高,广泛应用在当代的
运输机和相当数量的
民航客机以及
军用飞机上,
航天系统也广泛的应用这一总线。
1553B
总线系统主要由3部分组成:
总线控制器BC;
远程终端RT;总线
监视器BM。
1553B总线的
工作频率是1 Mb/s 。采用曼彻斯特II码,半双工工作方式。主要的硬件部分为总线控制器(BC)、远端终端(RT)和可选用的总线
监控器(BM)。一般情况下,这3部分通过1个多路
总线接口(MBI)来完成。可把MBI嵌在计算机内。该总线有10种消息格式。每个消息至少包含2个字,每个字有16个消息位,1个
奇偶校验位和3个位长的同步头,所有的消息字都采用曼彻斯特II码构成。
1553B
数据总线用的是指令/响应型
通信协议。他有3种类型的终端,分别为:
他是在总线上被安排为执行建立和启动
数据传输任务的终端。
(2)远程终端(RT)
他是用户
子系统到数据总线上的接口,他在BC的控制下提取数据或接受数据。
他“监控”总线上的
信息传输,以完成对总线上的
数据源进行记录和分析,但他本身不参与总线的通信。
1553总线是MIL-STD-1553总线的简称,
MIL-STD-1553总线是飞机内部时分制命令/响应式
多路复用数据总线。1553数据
总线标准是20世纪70年代由美国公布的一种串行多路数据总线标准。1553B是该总线的第2个版本,后面的更新以notice的形式发布。总线能挂31个远置终端,1553B总线采用指令/响应型
通信协议,它有三种终端类型:
总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(BM);
信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、广播方式和系统控制方式;
传输媒介为
屏蔽双绞线,1553B总线
耦合方式有直接耦合和
变压器耦合;1553B总线为多
冗余度总线型
拓扑结构,具有
双向传输特性,其
传输速度为1Mbps
传输方式为
半双工方式,采用
曼彻斯特码进行
编码传输。采用这种
编码方式是因为适用于变压器耦合,由于直接耦合不利于终端
故障隔离,会因为一个终端故障而造成整个
总线网络的完全瘫痪,所以其协议中明确指出不推荐使用直接
耦合方式。
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,此标准的修订本于1978年公布,即MIL-STD-1553标准。1980年,
美国空军又对该标准作了局部修改和补充。该标准作为
美国国防部武器
系统集成和
标准化管理的基础之一,被广泛的用于飞机综合航电系统、
外挂物管理与
集成系统,并逐步扩展到飞行控制等系统及坦克、舰船、航天等领域。它最初由美国空军用于飞机
航空电子系统,已广泛应用于美国和欧洲海、陆、空三军,而且正在成为一种
国际标准。我国于1987年颁布了相应的
军标。
基于对1553B规范和gjb289a-97的消化理解,通过
FPGA来实现MIL-STD-1553B协议是可行的,科研院所和相关的单位在这方面作了大量的工作,设计出的协议芯片已经能够完全1553B规范。恩菲特科技于2005年推出的EP-H31580就是典型的代表,其
性能指标达到国外
同类产品水平。基于EP-H31580开发的1553B板卡的总线已经包括了
PCI、
PXI/CPCI、VXI、
PC/104、PC/104+、
PCMCIA等;在多家
航空航天和兵器领域的科研院所和
生产单位得到了广泛的应用!
特点介绍
1553B总线是一种集中式的时分
串行总线,其主要特点是
分布处理、
集中控制和实时响应。其可靠性机制包括防错功能、容错功能、错误的检测和定位、 错误的隔离、错误的校正、系统监控及
系统恢复功能。采用双
冗余系统,有两个
传输通道,保证了良好的
容错性和
故障隔离。综合起来1553B总线有以下几个特点:
一是实时性好,1553B总线的
数据传输率为1Mbps,每条消息最多包含32个字,传输一个固定不变的消息所需时间短。
数据传输速率比一般的通讯网高。
二是合理的差错控制措施和特有的方式命令,为确保数据传输的
完整性,1553B采用了合理的差错
控制措施――反馈
重传纠错方法。当BC向某一RT发出一个命令或发送一个消息时,终端应在给定的响应时间内发回一个状态字,如果传输的消息有错,终端就拒绝发回状态字,由此报告上次消息传输无效。而特有的方式命令不仅使系统能完成
数据通讯控制任务,还能检查故障情况并完成容错
管理功能。
三是总线效率高, 总线形式的
拓扑结构对总线效率的要求比较高,为此1553B对涉及总线效率指标的某些强制性要求如命令响应时间、消息间隔时间以及每次消息传输的最大和最小
数据块的长度都有严格限制。
四是具有命令/响应以及“广播”通讯方式,BC能够以“广播”方式向所有RT发送一个
时间同步消息,这样总线上的所有消息传输都由
总线控制器发出的指令来控制,相关终端对指令应给予响应并执行操作。这种方式非常适合
集中控制的
分布式处理系统。但1553B 总线价格高昂,限制了它在工业领域的
普遍性应用。
消息传输
1553B总线上的信息是以消息(Message)的形式调制成
曼彻斯特码进行传输的。每条消息最长由32个字组成,所有的字分为三类:命令字、
数据字和
状态字。每类字的长度为20位,有效
信息位是16位,每个字的前3位为单字的同步字头,而最后1位是
奇偶校验位。
有效信息(16位)及
奇偶校验位在总线上以曼彻斯特码的形式进行传输,传输一位的时间为1 μS(即
码速率为1MHz)。同步字头占3位,先正后负为命令字和状态字,先负后正为数据字。
在这三种类型的字中,命令字位于每条消息的起始部分,其内容规定了该次传输的具体要求。状态字只能由RT发出,它的内容代表RT对BC发出的有效命令的反馈。BC可以根据状态字的内容来决定下一步采取什么样的操作。
数据字既可以由BC传输到某RT,也可以从某RT传输至BC,或者从某RT传输到另一RT,它的内容代表传输的数据。
1553B总线上消息传输的过程是:
总线控制器向某一终端发布一个接收/发送指令,终端在给定的
响应时间范围内发回一个状态字并执行消息的接收/发送。BC通过验收RT回答的状态字来检验传输是否成功并做后续的操作。
消息是构成1553B总线通讯的
基本单位,如果需要完成一定的功能,就要将多个消息组织起来,形成一个新的结构叫做帧(Frame)。完成一个消息的时间称为消息时间,两个消息之间的间隔称为消息间隔时间,完成一个帧的时间称为帧时间。在实际应用中这三种时间都是可以通过编程设置的。
应用
基于军事上的需要,武器上的电子设备不断增加,如何将电子设备加以有效的综合,从而使之达到资源和功能的综合已成为武器发展的必然要求。武器综合电子系统的基础就是采用
数据总线结构,利用数据总线使
处理机(包括硬件和软件)、信息传输以及控制显示3个
分系统为各种任务所共用。这样就具有以下优点:减少武器设备体积和重量,提高武器
系统可靠性,
降低成本,提高检测精度等。现代武器对本身
通信系统的要求一般有以下几点:
一是能有效实现各子系统之间的数据传输,且满足特定的通信特性;
二是通信子系统相对独立地工作,对应用软件尽可能透明,且占用主机的时间尽可能少。
三是通信系统灵活,易于修改。
四是通信子系统具有较强的抗干扰能力。
而1553B总线的优良性能恰好能满足上面几点要求,从而使其在现代武器系统中得到了越来越多的重视,已成为战车、舰船、飞机等武器平台上电子系统的主要工作支柱。
航空电子系统通常包括十多个
机载计算机子系统,如何有效的实现各子系统之间的
数据通信对整个航空系统的成败无疑起着关键性的作用。自1973年美国公布了
军用标准MIL-STD-1553B总线后,它就迅速的被应用于空军,在F-16、F-18、B-1和AV-8B等多种飞机上得到应用。
世界上可以作为军用标准和专门的舰用战术
数据总线有许多种,但使用的最多的还是当推美国的MIL-STD-1553B。1553B的
传输介质有
同轴电缆、
屏蔽双绞线、光缆等,通过变压器藕合或直接藕合方式把终端藕合到总线上去。这种数据总线的传输速率、
传输距离、远程终端数,能较好的满足各类中小型舰艇以及潜艇系统通信的要求,故应用十分普及。
军用车辆及各类战车作为陆军地面武器的
作战平台,经常工作在强振动、高噪音、粉尘多,温度变化大的恶劣环境中。因此,其内部
电子设备间的
数据通信要求通过严格的
故障检测,以达到较高的可靠性、残存性和容错能力。在实时性方面,
动力系统一体化控制要分别对发动机和
变速器进行控制,二者之间的数据通信要求一条消息的最大响应时间一般极短,这样才能实现对发动机和变速器的
实时控制,从而提高整个动力系统的综合性能。此外,还有一些对数据通信的特殊要求,如协议简单性、短帧信息传输、
信息交换的频繁性、网络负载的稳定性、高安全性和性价比高等。1553B总线具有很高的可靠性和很好的实时性,对于动力传动一体化控制这种
数据通信种类多、数据量大、实时性要求较高、
网络节点少的系统,1553B总线比现有的绝大多数总线具有更多的性能优势。
关键技术
一是
总线接口硬件和
软件设计。采用接口卡或
接口控制器形式与武器各子系统的硬件连接。同时,需要编写相应的通信
控制软件,包括
传输层软件和驱动层软件,通过信息和资源的共享,按照武器的作战目标,在应用层上真正实现功能的综合。
二是
接口控制文件(Interface Control Document 缩写ICD)。ICD由通过1553B
数据总线在武器各电子设备之间互联的接口信号组成。根据武器的
控制策略和控制目标,必须编写符合要求的ICD文件,确定总线上传输的周期性数据和随机数据。只有这样才能确定
数据流之间的相互关系,高效率的实现功能的综合,有效提升武器的作战性能。
三是总线表。总线表是指一个周期内所有可能传输的总线命令集。根据
武器平台的控制要求,确定一个周期内传输的命令和
消息队列,按照大小周期划分
时间片,对消息队列进行排序和优化,使总线负载达到平衡,提高总线的
利用率和数据传输的实时性。
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。通道的自动切换对软件透明。
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。
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、保证了的实时可
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。这可能是大多数系统设计者在设计使命关键系统中选择1553B总线的最主要的原因。
技术发展
MIL-STD-1553B总线具有高速、灵活的特点,通信效率高,修改、扩充和维护简便。下面列举一些数据:MIL-STD-1553B 是数字命令/响应式时分制
多路传输数据总线,
传输速率 1M 比特/秒,足以满足第三代
作战飞机的要求;字长度 20 比特,数据
有效长度 16 比特;
半双工传输方式,双冗余故障
容错方式,
传输媒介为
屏蔽双绞线。 1553B总线的
冗余度设计,提高了子系统和全
系统的可靠性。总线本身(包括
总线控制器、
双绞线、
偶合器等)
平均无故障工作时间超过 10,000 小时,在
全系统中基本可忽略其
故障率,比歼-8Ⅱ原有联结方式好得多。同时可以省去
歼-8Ⅱ设备间复杂繁琐的点对点联结,仅此一项可令全电子系统的重量减轻约 5%,并节省空间、功耗。数字传输方式与传统的模电方式相比,速度更快、
反应时间更短、
保密性更好、
抗干扰能力更强,能充分发挥火控设备性能。字
差错率小于千万分之一。在后勤维护方面,标准的接口、插卡非常容易拆卸,可以方便的通过数字式工具进行测试/虚拟。经测试仅
地面测试一项,就可比以往减少 30% 的维护工时。 1553B协议最初是为空军设计的,随着1553B总线的优越性的不断体现和武器装备的升级换代,1553B协议已应用到各个兵种,在陆军和海军的武器和维护系统中已开始采用1553B总线。 随着
国防现代化的建设和
武器系统的升级换代,我军也开始将1553B协议大量的应用到武器系统的设计中。
模块
EP-H31580(
MIL-STD-1553B协议芯片)
EP-H6273E PCI 1-4通道
EBR-1553通讯模块
EP-H5273 cPCI/
PXI 1-4ChMIL-STD-1553通讯模块
EP-H9273 PCMCIA
单通道MIL-STD-1553通讯模块
EP-H7273 PC/104-Plus 1-4通道MIL-STD-1553通讯模块
EP-H31580 MIL-STD-1553 协议芯片
EP-H8273 4CH MIL-STD-1553B+16T/16R
ARINC429EP-H6273 PCI 1-2通道MIL-STD-1553通讯模块
EP-H7273I
PC/104 1-4通道MIL-STD-1553通讯模块
EP-H2273 RS-422/MIL-STD-1553通讯模块
EP-H1273
USB接口MIL-STD-1553/ARINC 429通讯模块
EP-H8200 1553B/429/串口/CAN/DA/IO 多功能多协议VXI模块
EP-H6200 1553B/429/串口多协议通信PCI模块(新)
EP-H5200A 1553B/429/串口多协议通信cPCI/
PXI模块(新)
EP-H5273B 4K条BC消息/
缓冲区1553B通讯双缓冲cPCI/PXI模块(新)
EP-H7273A
输出电压可调1553B
PC104+模块(新)
ARINC 429功能介绍
EP-H6272 PCI 16T/R
ARINC429通讯模块
EP-H5272 cPCI/PXI 16T/R ARINC429通讯模块
EP-H7272 PC/104-PlusARINC429通讯模块
EP-H7272-I
PC/104 8T/8R ARINC429通讯模块
EP-H9272 PCMCIA 4T/4R ARINC429通讯模块
EP-H5272A 16T/16R Arinc429通信模块(新)
EP-H7279 2CH高速
PCM输出+1CH IRIG-B时码接收
EP-H5276 16通道
RS-232/422/485
串口通信模块
EP-H6276 16CH全异步RS-232/422 PCI串口通信模块
EP-H5278 高性能
CAN总线通讯CPCI/
PXI模块(新)
EP-H8276 16通道程控设置通信模块
EP-H8276C 误码率测试/同步/异步可设置
串口通讯VXI模块
EP-H6276C 双通道HDLC PCI通讯接口模块
EP-H5274
同步器/分解器到数字或数字到同步器/
分解器模块(新)
EP-H5275 cPCI/PXI LVDS通讯接口板(新)
EP-H6278 双通道
CAN总线通信PCI模块(新)
EP-H7276P 16路
RS-232/422/485通讯
PC104+模块(新)