基于μC/OS-Ⅱ的1553B和ARINC429總線實時協議轉換系統的設計

近年來,ГOCT18977、1553B和ARINC429已成為我軍機載設備間、飛機與導彈間數據通信所廣泛采用的總線標準。這種多種總線標準并存的情況帶來一系列問題:一是在地面維護過程中,需要測試不同總線標準的數據;二是不同總線標準之間的協議轉換。因此如何實現地面檢測設備與多種不同總線標準機載設備之間的通信以及不同總線標準之間的協議轉換成為必須解決的問題。本文針對某型飛機加掛某型導彈的實際應用,設計了一個基于μC/OS-Ⅱ的1553B和ARINC429總線實時協議轉換系統。

　　1 協議轉換系統的需求分析和設計原則

　　1553B和ARINC429總線實時協議轉換系統是某型飛機發射架的一部分,主要完成以下功能:(1)完成對導彈加溫、準備和發射三個階段的實時控制;(2)在導彈準備和發射階段,把1553B格式的飛行任務轉換成ARINC429格式,并發送給導彈; (3)在導彈準備和發射階段,控制電源模塊輸出4路直流給導引頭;(4)完成對導彈故障的實時檢測,并上報給飛機。

　　顯然,該系統是一個典型的航空電子設備,因此,實時性和可靠性將是系統設計的基本要求。同樣,簡單化、模塊化也是設計中要遵循的思想。具體來說,設計時應遵循下列幾個原則:(1)實時性強;(2)可靠性高;(3)具有一定的擴展性;(4)維修性好;(5)通用性好。

　　2 1553B和ARINC429協議分析

　　2.1 1553B總線協議[1-3]

　　1553B總線的正式名稱為“時分制指令/響應式多路傳輸數據總線”(Time Division Command/ Response Multiplex Data Bus),是目前世界軍用飛機中應用最廣泛的數據傳輸系統。1553B高度的可靠性和靈活性使它在機載、艦載以及地面武器設備中得到了廣泛的應用,并逐漸應用到民用領域。

　　1553B總線的基本操作要求是:總線系統信息傳輸的控制權唯一歸總線控制器所有;總線系統的操作應是指令/響應型的異步操作;數據總線上的信息傳輸應以半雙工方式進行;數據總線上的信息流應由消息組成;總線系統應具有方式控制的能力。

　　1553B總線上只有3種字格式,分別是指令字、數據字和狀態字,如圖1所示。一個字的結構為“同步頭+16位數據位+奇偶校驗位”,總共20個位時。

　　1553B總線上的消息格式數量有限,可以分為非廣播消息和廣播消息兩大類。非廣播消息有6種消息格式,廣播消息有4種格式,除了這10種消息格式之外,不應使用任何別的消息格式。

　　2.2 ARINC429總線協議[4-6]

　　ARINC429總線是ARINC為航空電子系統之間進行數據傳輸而定義的航空工業標準,其正式名稱為MARK33數字式信息傳輸系統DITS(Digital Information Transfer System)技術標準,信號形式同ГОСТ18977。ARINC429 在國內被稱為HB6096-86 數字信息傳輸系統。

　　ARINC429總線的一個數據字有32位,它們被分為5段,采用2的補碼小數記法編碼(BNR)或ISO5 號字母表數字子集編碼(BCD),其數據格式如表1所示。

　　ARINC429的傳輸協議十分簡單,是點對點的傳輸協議,解決了原來419 規范的許多矛盾和沖突。根據規范,其數字信息通過一對單向、差分耦合、雙絞屏蔽線傳輸,屬于串行通信,實現32比特字傳輸格式。

　　3 協議轉換系統的硬件設計

　　3.1 總體設計方案和結構框圖

　　綜合協議轉換系統的功能需求及1553B和ARINC429的協議分析,提出如下設計方案:(1)硬件環境:采用“MCU+FPGA+外圍芯片”方案構建硬件系統,MCU采用TI 公司的DSP TMS320LF2407實現;FPGA采用Altera公司的Stratix FPGA軍用溫度級產品EP1S60F1020I6實現;外圍芯片主要包括1553B協議芯片BU61580等。(2)軟件環境:將嵌入式實時內核μC/OS-II移植到DSP控制器TMS320LF2407上從而構建一個低成本的通用嵌入式實時軟件平臺;基于DSP集成化軟件開發環境CCS,用C語言和匯編語言進行軟件開發。

　　1553B和ARINC429總線實時協議轉換系統實際上是一個嵌入式微型計算機應用系統,由控制器模塊、接口電路模塊和電源模塊三部分組成,其總體結構如圖2所示。

　　控制器模塊是協議轉換系統的核心,用于完成對導彈的實時控制、邏輯判斷、總線轉換以及串口通信等功能;接口電路模塊是協議轉換系統的外部接口(飛機、導彈接口)與控制器模塊之間的橋梁,其功能是信號隔離、電平轉換和功率信號時序控制等;電源模塊包括兩個部分,一部分用于產生協議轉換系統本身工作所需電源,另一部分用于產生導引頭工作所需電源。