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贡献者：gsfei2009 浏览：3083次 创建时间：2009-09-24
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1553b总线又称MILSTD1553B总线，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本同的协议标准开发出相应的总线接口模块。
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）和总线监控器（MT）。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：
(1)总线控制器（BC）
他是在总线上惟一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吸收数据。
(3)总线监控器（MT）
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。
MIL-STD-1553B技术背景
MIL-STD-1553是“飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线”的代称，为美国军用标准。上世纪 60 年代时，由导航/平显/武器瞄准系统（INS/HUD/WACS）组成的综合火控系统，配上远距空射武器，使战斗机如虎添翼。但作战信息数据总量暴涨，而设备间接口各异，互联协同难度大，成为作战效能的瓶颈。同时，由于缺乏统一标准，开发、维护和改进的成本不断上升。于是 1973 年后，美军方先后公布 MIL-STD-1553A（USAF）标准和 1553B 改进标准。粗略的说，单个机载电子设备就类似于计算机局域网 LAN 中的单个计算机，1553 标准类似于通信协议，堪称现代作战飞机电子系统的“脊梁骨”。其核心就在于“标准”二字。有了1553B，雷达光电探测、导航、本机传感、座舱显示、外挂管理和火控计算机等得以完美的联结综合，构成了第三代战斗机标志性的分布式集中控制系统。F-16A 是采用 1553A 标准的第一种作战飞机。 以雷达为例，之前提到的先进的人机界面，需要火控雷达具有复杂的对外接口，同时脉冲多普勒雷达又需要强大的内部接口进行处理运算。如果没有1553B这样先进的总线，这两个接口的性能都要大打折扣。
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，目前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！
二、1553B总线的特点
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。
电气特性
总线通信介质包括由两根导线绞合的屏蔽电缆、总线末端匹配电阻、总线耦合变压器以及收/发器等。
MIL-STD-1553B标准中规定了两种耦合方式，一种为直接耦合短接方式，另一种为变压器耦合短接方式。
数据格式
总线上传输的基本信息是字。有3种类型的字：命令字、状态字和数据字。每种字的长度为20位，包括3位同步头、16位有效信息及一个奇偶校验位。
三、1553B总线消息传输机制
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 S(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)。帧的结构见图2。在图中，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编程设置的。
四、1553B总线在武器通信中的应用
基于军事上的需要，现在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－SB等多种飞机上得到应用。
目前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。
1553B总线在武器通信系统应用中的关键技术一般有以下几条：
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。
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