基于1553B总线的大规模信息系统设计问题研究

某大型航天器GNC系统应用1553B总线构建了其规模庞大的信息系统,在信息系统设计过程中产生了3个问题:超长总线下的稳定通信、应用层协议的设计、多条总线的管理等。对这3个问题开展研究,描述了3个问题的由来,给出了问题的解决方法,并验证了方法的实际效果。结果表明:总线中继的方法,有效解决了1553B总线在240 m长度下的稳定可靠通信问题;广播帧计数回传的应用层协议,节省了总线数据通讯开销、并提供了丰富的故障诊断信息;遍历寻优的总线管理策略,最大程度上发挥了多机多总线系统的容错能力。

《空间数据与信息传输系统航天器1553B总线通信协议》国家标准解读

1553B总线在我国已广泛应用于各式各类的航天器中,取得了丰富的应用实践经验积累。制定GB/T 43669—2024《空间数据与信息传输系统航天器1553B总线通信协议》是为了解决1553B总线在各型号任务中制定的应用通信协议不够一致、难以跨任务、跨组织重用的问题,解决与底层1553B总线协议衔接的标准化设计问题。该标准提炼总结了我国1553B总线在航天器上应用实践的共性设计,借鉴了ECSS-E-ST-50-13C写作风格和思路,兼顾了与其在概念上和设计上的衔接,有利于今后的国际合作。本文介绍了该标准制订的背景、目的意义,以及标准主要内容的编制思路。

基于FPGA的终端一体化1553B总线协议测试系统

MIL-STD-1553B(以下简称“1553B”)总线在飞机的航电系统中作用重要。为了摆脱对国外1553B协议芯片的依赖,研究设计了1款基于FPGA的终端一体化1553B总线协议测试系统。系统采用模块化的设计方法,使用Verilog语言进行代码编写,设计实现了4路1553B总线,每路实现了BC、RT、BM终端一体化,完整地实现了1553B协议的功能,并且实现了10种类型的故障注入。通过上位机测试对该系统进行了板级验证,测试结果表明:本设计实现了预期功能,相对于功能单一的1553B协议芯片,该系统极大提高了应用场景的灵活性和可靠性。

基于双口RAM接收并处理1553B总线数据的方法研究

为了保证主机板和1553B板通过双口RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)进行1553B总线通信时的正确性和可靠性,提出了一种利用双口RAM接收并处理1553B总线数据的方法,用于实现1553B的BC(Bus Controller,总线控制器)功能。该方法对双口RAM中的地址按照子地址号进行地址分配,通过建立相同子地址序号的数据链表和建立环形缓冲区,完美解决了发送BC→RT(Remote Terminal,远程终端)报文时相同子地址数据覆盖和主机端发送的子地址序号顺序与1553B板端发送的子地址序号顺序不一致等问题。

基于FPGA和B61580S3的1553B总线RT/MT功能的设计与验证

1553B总线协议因具有优越的实时性、高度的数据可靠性以及可同时挂载多个终端等优势,在国内航空航天领域的电子交互网络中得到广泛使用。文中基于B61580S3协议芯片内置的16位缓冲模式实现了MIL-STD-1553B总线功能。采用VHDL硬件描述语言为FPGA设计了总线接口控制电路,通过FPGA对协议芯片的控制以及协议芯片内部数据自动解析和强大的中断机制,实现了RT/MT功能;通过测试台上位机软件对设计的1553B总线接口的测试与验证,结果表明接口设计可靠,传输误码率低,有较高的应用价值。

基于FMQL和HT-61843GB的1553B总线RT端的设计与实现

1553B总线有实时性好、抗干扰能力强、易于扩展等优点,在飞机、坦克、舰船、卫星等领域被大量应用。但实现1553B总线功能的模块关键器件基本采用进口器件,导致产品存在安全及市场卡脖子问题。为降低产品进口器件比率,促进国产芯片的发展,提出一种利用国产芯片FMQL和HT-61843GB实现1553B总线RT端的方法。采用国产芯片FMQL和HT-61843GB,通过Verilog编程,在Vivado开发环境上实现读写寄存器、读写内部存储器、接收BC发送的数据三部分实验验证,实现了1553B总线RT端功能。结果表明,该设计可实现关键器件国产化,提高1553B总线RT端模块国产芯片率,降低对进口芯片的依赖,对促进国产芯片的推广应用具有一定意义。

一种1553B总线原理教学训练系统的设计与实现

随着高新技术的快速发展,设备更新换代的速度越来越快,对相关操作使用人员的素质要求也越来越高。由于部分使用人员缺少新知识学习,因盲操产生的设备事故时有发生。如何才能使操作人员尽快熟悉设备、深度掌握原理、精准故障定位是当前非常紧迫且现实的问题。而目前尚未发现有集原理训练、故障分析、离线学习、操作使用等功能于一体的1553B总线训练平台,本文主要介绍一种软硬件可裁剪的1553B总线原理教学训练系统组成、搭建流程及实现方式。

基于HKS289BRM的1553B总线通信接口设计

1553B总线因具备高可靠性、实时性和高稳定性等特点,而广泛用于航空和航天通信系统。设计了一种基于国产SOC处理器芯片的1553B通信接口模块,来满足系统对于通信接口国产化和小型化的需求。

1553B总线检查仪的测量不确定度分析

本文对1553B总线检查仪的输出特性开展了不确定度的评定,分别对直接耦合和变压器耦合两种状态给出了分析结果。输出特性中,对位传输速率稳定性、信号幅度、上升时间、过零稳定性等参数的不确定度进行了分析。通过本次分析,获得了总线检查仪输出特性的测量不确定度结果,为后续的校准建立了依据。

一种1553B总线网络中通道故障检测方法

1553B是比较重要的机载有线网络总线之一,有线网络中线缆老化或者瞬时故障给正常稳定的通信带来一系列问题。因此基于1553B总线的特点,研究了1553B软件和硬件设计,结合通道线缆故障排查需求简化的要求,提出了一种使用软件实现故障检测的方法,实现了方便检测和快速定位故障位置的研究目的。

某型飞机1553B总线控制功能故障分析

本文介绍了某型飞机航电系统1553B总线主/备份控制系统逻辑控制模式,对外场中出现的1553B主总线控制器异常故障、备份总线控制器接管总线控制权的故障现象进行了原因分析及定位。

基于FPGA的1553B总线远程终端系统的软件设计

为保证MIL-STD-1553B总线(简称1553B总线)远程终端(RT)系统的双向传输、高实时性、高可靠性、强抗干扰能力、易维护性,采用1553B协议芯片和现场可编程门阵列(field programable gate array,FPGA)设计1553B总线远程终端系统软件。同时针对软件设计提出7个措施,以提高软件的安全性和可靠性。

1553B总线特性分析及非标准连接的影响

MIL-STD-1553B总线标准及技术尽管较成熟,但设计、调试、使用过程中仍然容易出现由于非标准连接导致的总线层故障。为此首先分析了正常1553B总线耦合器连接方式通信时,总线上的输入输出电压、输入输出阻抗及其等效电路等硬件特性,然后对非标准1553B总线连接方式,包括隔离器、短截线、匹配电阻、耦合器非标准连接的情况进行了硬件特性分析及测试。结果表明,1553B不同总线连接导致的故障将使通信性能下降、波形畸变或过压致芯片损坏。本文对使用1553B总线的设计人员、测试人员有一定的指导意义。

1553B总线上消息的实时调度

为了优化1553B总线传输性能,降低总线上消息传输的延迟时间,讨论了周期消息和非周期消息混合传输情况下总线上的消息调度策略。首先,借鉴周期任务的调度模型对周期消息进行建模,提出了改进的速率单调消息调度算法。然后,利用排队论建立非周期消息的M/M/1排队模型,定量分析了1553B总线的平均响应时间和总线利用率等时间性能参数,并对非周期消息的延迟时间进行优化,推导出总线最优服务率和最小平均延迟时间的计算公式,给出了非周期消息的调度算法。最后,对上述算法在消息混合传输下的可调度性进行了验证。实验结果表明,在总线利用率达96%时,混合消息的平均响应时间为0.713ms。在消息混合传输的情况下,非周期消息的平均响应时间和M/M/1排队模型下理想的非周期响应时间偏差不超过10%。上述算法时间响应特性良好,能够保证周期消息和非周期消息的实时调度。

1553B总线监测仪系统软件设计

1553B总线是一种集中式控制的飞机内部电子系统联网的标准,是目前航空电子综合系统中信息交换的主干道,1553B总线监测仪作为综合航电系统的一个辅助系统,主要作用是测试和维护航电系统。介绍1553B总线监测仪系统软件的设计,探讨软件设计过程中应注意的主要问题,论述了软件设计思想和实现方法,该系统经现场测试证明运行稳定可靠。

基于BU-61580的1553B总线接口设计

为提高1553B总线接口的实时性并简化接口逻辑,从总线接口的应用需求出发,设计了一种基于专用接口芯片和DSP控制器的1553B总线接口。该接口采用BU-61580作为协议引擎,采用TMS320F2812作为主处理器,只有少量的粘合逻辑,无需CPLD即可完成无缝衔接。该接口实时性好,可靠性高,硬件电路简单。以远程终端模式为例,对设计的1553B总线接口进行了测试验证。

基于时间触发的1553B总线实时调度设计

为了优化1553B总线传输性能,降低总线消息传输的等待时间,提高总线带宽利用率和紧急消息响应的实时性,对1553B总线调度方法进行了研究,将周期性调度和抢占式调度策略相结合,设计了一种基于时间触发的1553B总线实时调度方法。在时间触发的基准下按优先级对总线消息进行集中调度,总线帧在总线上传输的时间内,处理器无需等待,可以继续处理其他任务。利用总线数据区分区的特性,设计了紧急消息打断普通总线消息传输的抢占式调度策略,避免了非重要数据较长时间占用总线通信信道,使得紧急消息能够快速响应。试验结果表明,该调度方法实现了总线消息尽最大能力传输,不仅能够较大幅度地提高1553B总线传输效率和带宽利用率,而且紧急消息的响应时间稳定在2ms以内,为紧急消息的实时响应提供了保证。

基于8051单片机的1553B总线接口设计

1553B总线在航空航天领域得到了广泛的应用；在航天器上,以8051单片机为核心的电子设备经常作为1553B总线的终端使用；这里在总结型号经验的基础上,提出了8051单片机与1553B总线之间的接口设计的一些基本方法,包括硬件接口设计、通信协议设计和软件接口设计的方法；最后,分析了一个常见的软件问题并提出了解决办法；这些方法已在多个航天器上得到了应用,具有一定的通用性。

基于FPGA+DSP的1553B总线通用接口设计与实现

通过研究国内外先进协议处理芯片,提出了采用FPGA+DSP相结合的设计思想以完成协议处理功能的1553B总线通用接口设计;外加模拟收发器,实现1553B总线上模拟量的所有处理,最后针对通用接口工作模式分别进行整体测试,初步测试表明通用接口能够完成1553B总线通讯任务;设计增强了总线接口电路设计的灵活性,缩短了设计周期,提高了系统性能与通用性,有利于系统的扩展。

高速1553B总线有效性测试平台设计与实现

由于具备较强的鲁棒性、确定性及抗干扰能力,1553B总线被广泛应用于航空、航天、兵器等军工领域,但其1 Mb/s的总线带宽限制了其应用范围,高速1553B总线在保持原有通信协议、线缆、耦合器等基础技术或设备不变的条件下,仅通过更换1553B模块即可实现带宽的成倍增长,提高了1553B总线的应用范围及生命力。搭建高速1553B总线有效性测试平台,该平台能够实现误码率、噪声抑制、通信协议等内容的自动化测试,并形成测试报告,通过该平台验证了国产化高速1553B模块完全符合设计要求,为高速1553B总线的工程化应用提供了保证。