一種多總線通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一種多總線通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0mil-std-報(bào)在具有復(fù)雜的物理分布和復(fù)雜內(nèi)部功能的系統(tǒng)中，單線程通常很難滿足系統(tǒng)的工作要求。根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，不同的總線可以應(yīng)用于系統(tǒng)的不同級(jí)別，系統(tǒng)可以形成主網(wǎng)絡(luò)。MIL-STD-1553B總線是美國(guó)發(fā)布的航空器內(nèi)部時(shí)分命令/響應(yīng)式數(shù)據(jù)總線軍用標(biāo)準(zhǔn)。由于其高可靠性、低誤碼率和冗余結(jié)構(gòu),廣泛應(yīng)用于航天軍用各領(lǐng)域。利用1553B總線可以構(gòu)建高可靠性的命令響應(yīng)式分布式網(wǎng)絡(luò)。而RS-422總線采用差分信號(hào)傳輸,使用簡(jiǎn)單靈活,可以方便地構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸通道。結(jié)合上述兩總線的特點(diǎn),在復(fù)雜高可靠系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)主從式多總線通訊。1多個(gè)物理分布的分系統(tǒng)連接成網(wǎng)基于1553B總線和RS-422總線構(gòu)成的多總線多路傳輸網(wǎng)絡(luò),在構(gòu)成上有以下幾個(gè)問(wèn)題需要注意:(1)以1553B總線將多個(gè)物理分布的分系統(tǒng)連接成網(wǎng),在分系統(tǒng)內(nèi)部采用RS-422總線將多個(gè)物理分布的子系統(tǒng)連接成網(wǎng);1553B的終端在類(lèi)型上可分為總線控制器(BC)、遠(yuǎn)程終端(RT)和監(jiān)視終端(MT)1.1bi通訊程序設(shè)計(jì)參考ISO網(wǎng)絡(luò)七層模型,如圖1所示。1553B總線通訊共有四層:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、驅(qū)動(dòng)層和應(yīng)用層。物理層按照1553B協(xié)議規(guī)定的差分曼徹斯特碼進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層按照1553B協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸。1553B總線MBI包括MBI底層驅(qū)動(dòng)程序和MBI通訊程序。由于一般1553B總線通訊有專(zhuān)用的協(xié)議芯片支持,所以MBI底層驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)MBI初始化、1553B協(xié)議芯片的中斷、RAM地址、寄存器地址設(shè)置、內(nèi)部自測(cè)試等功能。MBI通訊程序根據(jù)MBI底層驅(qū)動(dòng)程序以及載荷通訊需求接口數(shù)據(jù)單(ICD)生成,完成1553B協(xié)議芯片的初始化、管理以及1553B數(shù)據(jù)接收發(fā)送功能。RS-422總線共有三層:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層按照差分信號(hào)進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層按照RS-422協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸。RS-422總線MBI包括MBI底層驅(qū)動(dòng)程序和MBI通訊程序。MBI底層驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)RS-422通訊波特率、開(kāi)始/停止位、奇偶校驗(yàn)位的設(shè)定。MBI通訊程序完成對(duì)數(shù)據(jù)接收發(fā)送的處理。1.2系統(tǒng)實(shí)理信息單元在多總線互聯(lián)的系統(tǒng)中,總線的性能指標(biāo)直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能。對(duì)于總線是否滿足系統(tǒng)工作要求,必須進(jìn)行總線性能分析。表征總線性能的參數(shù)主要有兩個(gè):一是總線負(fù)載;二是總線利用率。總線負(fù)載是實(shí)際傳輸與最大可能允許的傳輸之比值總線負(fù)載=總線上總的信息量/總線上能允許的最大信息量×100%;總線利用率=總線上數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間/總線周期×100%;以某載荷為例,系統(tǒng)組成如圖2所示。數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)與應(yīng)用單元中主控器之間通過(guò)1553B通訊總線進(jìn)行通訊,數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)為BC方式,載荷應(yīng)用單元中的主控器為RT方式。數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)發(fā)送有效載荷單元工作的命令和所需平臺(tái)參數(shù)等,主控制器將表征有效載荷單元當(dāng)前狀態(tài)的參數(shù)反饋給數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)。應(yīng)用單元內(nèi)部由RS-422通訊總線進(jìn)行通訊。其中主控制器為主,通過(guò)RS-422通訊發(fā)送命令給編碼器和成像子系統(tǒng),編碼器和成像子系統(tǒng)將工程參數(shù)反饋給主控制器。分系統(tǒng)間以1553B總線互聯(lián),總線周期為10ms,每10ms最多為8條消息,包括251個(gè)1553B消息字,去除同步命令頭有效消息字為227個(gè)。取消息間隔時(shí)間為80us,終端響應(yīng)時(shí)間為12us。RS-422通訊周期為50ms,速率為62.5Kbps進(jìn)行通訊,數(shù)據(jù)格式上每字節(jié)同步頭1位,數(shù)據(jù)位8位,停止位2位,奇偶校驗(yàn)位1位。取通訊最長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間為2ms。有效載荷單元中主控制與其成像子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸量為40字節(jié),主控器與編碼器之間數(shù)據(jù)傳輸量為25字節(jié)。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果,這種多總線通訊結(jié)構(gòu)可以滿足上述系統(tǒng)的流量和時(shí)間要求,并且總線余量大于20%。1.3系統(tǒng)的時(shí)代基的統(tǒng)一系統(tǒng)對(duì)于各分系統(tǒng)要求協(xié)同工作時(shí)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)2bu-65170與ad-sp21060以圖2系統(tǒng)組成圖中的某有效載荷單元中的主控制器為例來(lái)介紹多總線通訊的具體實(shí)現(xiàn)。具體系統(tǒng)硬件連接如圖3所示。以ADSP21060為CPU的主控制器在整個(gè)系統(tǒng)中的1553B通訊中作為RT端。通過(guò)1553B協(xié)議芯片BU-65170與AD-SP21060連接。BU-65170主要的控制信號(hào)有SELECT,MEM/REG,RD/WR,STRBD,INT等。其中通過(guò)ADSP存儲(chǔ)區(qū)選擇控制信號(hào)MS2#作為BU-65170的片選SELECT;ADSP21060地址線A22作為65170芯片的寄存器和存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)MEM/REG;1553B信號(hào)通過(guò)兩個(gè)變壓器最后送至傳輸線上;RS-422通訊是通過(guò)AD-SP21060的異步串行口0進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)的,然后通過(guò)DS26C31和DS26C32實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換,由于主控制器要分別與成像子系統(tǒng)和編碼器進(jìn)行RS-422通訊,因此使用了上述兩個(gè)芯片的兩個(gè)通道。3軟件的三種功能通訊軟件是系統(tǒng)組織消息傳輸?shù)能浖?它應(yīng)具有三種功能:(1)按軟件要求設(shè)置工作模式;(2)控制總線上消息傳輸?shù)墓δ?(3)故障處理功能。3.11消息存儲(chǔ)及傳輸作為RT端的軟件,針對(duì)BU-65170芯片,主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的功能。(1)配置寄存器的初始化實(shí)現(xiàn)了主要工作模式的設(shè)定、存儲(chǔ)方式的選擇及中斷方式設(shè)定等。(2)消息存儲(chǔ)方式的選擇和存儲(chǔ)地址的分配存儲(chǔ)方式主要有單緩沖、雙緩沖、循環(huán)緩沖方式。對(duì)于發(fā)送的消息根據(jù)消息塊的大小可以選擇不同的存儲(chǔ)方式。數(shù)據(jù)塊小于32字的選擇單緩沖方式,數(shù)據(jù)塊大于32字應(yīng)選擇循環(huán)緩沖方式。對(duì)于接收的消息,一般選用雙緩沖方式,但是對(duì)于發(fā)送周期間隔小或消息長(zhǎng)度長(zhǎng)的(大于32字)應(yīng)選用循環(huán)緩沖方式。(3)對(duì)于非法消息設(shè)置非法化表設(shè)置非法化表是保證1553B通訊可靠性的方法,可以將不滿足預(yù)先設(shè)定的子地址和消息塊長(zhǎng)度的消息設(shè)定為非法消息,在通訊中這類(lèi)消息將被芯片自動(dòng)排除。(4)消息中斷的處理消息中斷主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的移動(dòng)。對(duì)于接收消息,將在接口芯片上的消息移至用戶處理區(qū)內(nèi)。對(duì)于發(fā)送消息,則是要求預(yù)先將消息移至設(shè)定的接口芯片緩沖區(qū),然后置相應(yīng)的服務(wù)請(qǐng)求位。下面以子地址3接收32個(gè)字,廣播方式;子地址4接收3個(gè)字,廣播方式;子地址1發(fā)送19個(gè)字為例的1553B通訊軟件示例代碼如下:3.2rs-400通訊軟件初始由于RS-422的通訊主要通過(guò)ADSP異步串行口0實(shí)現(xiàn)的,因此對(duì)于通訊的初始化主要是對(duì)于ADSP異步串行口的初始化。RS-422通訊處理相對(duì)簡(jiǎn)單,這里不再詳述。為了提高通訊的可靠性,在進(jìn)行RS-422通訊時(shí),應(yīng)規(guī)定從設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間,從而保證從設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成通訊。4系統(tǒng)穩(wěn)定性驗(yàn)證通過(guò)實(shí)驗(yàn),對(duì)總線利用率和總線