1553B總線系統的可靠性研究

引言

　　1553B總線又稱MIL_STD_1553B總線，即飛機內部時分制指令/響應式多路傳輸數據總線,現廣泛用于航空電子綜合化系統中。1553B總線具有雙向輸出特性，實時性和可靠性高，采用雙冗余系統，有雙傳輸通道，保證了良好的容錯性和故障隔離,是目前應用比較廣泛的總線標準。

　　1553B總線系統在飛機的發展歷程中有著舉足輕重的地位，1553B總線是飛機內部的時分、指令/應答多路傳輸總線。在航空電子系統中,通過一種雙絞的信號屏蔽線可連接多達32個遠程終端RT(Remote Terminate)模塊和一個總線監控器BM(Bus Monitor)連接在一起，分配每個RT惟一的總線地址，RT不具備總線控制功能，但可作為BC的備份。完成各子系統的通信和數據交換，以實現各子系統的集中控制和顯示，是系統平臺進行電子信息化的基礎。為了提高可靠性，一般都采用雙冗余度總線結構。現代飛機典型的航空電子系統及1553B總線應用框圖如圖1所示。

1 1553B 總線的特點

　　1553B總線系統有四部分組成:傳軸介質即總線和短截線(stub)、總線控制器(BC)、遠程終端(RT)和總線監視器(BM).由于1553B總線的合理的拓撲結構是航空系統或者地面車輛系統中分布式設備的理想連接方式。1553B總線是一種集中式的時分串行總線，1553B總線是一個集中控制、分布式處理的系統,系統的控制權歸總線控制器所有。可靠性機制包括防錯/容錯功能、錯誤檢測和定位、錯誤隔離、錯誤校正、系統監控與恢復功能。雙通道傳輸，采用雙冗余設計，保證了較好的容錯性和故障隔離，其特點如下。

　　1）實時性好，1553B總線的數據傳輸率為1Mbps，比一般的通信網絡傳輸速率高。這種總線標準為了強調信息包能在少的預定時間窗口下傳輸而能確保持續和完整性，所以限制了數據包的長度。

　　2）兼顧實時性的條件下，為確保數據傳輸的完整性，1553B采用了合理的差錯控制措施即反饋重傳糾錯法。除個別事務類型外，總線終端可為當前進行的總線事務的成功或失敗提供狀態指示。當BC 向某一 RT發出一個命令或一個消息時，終端應在給定的響應時間內發回一個狀態字，如果傳輸的消息有錯，終端就拒絕發回狀態字，并報告上次消息傳輸無效。而方式命令不僅使系統能完成數據通訊控制任務， 還能診斷故障情況并完成容錯管理功能，進一步增強了其通信的可靠性。

　　3）總線效率高，拓撲結構對總線效率的要求比較高，因此1553B 對命令響應時間、消息間隔時間以及每次消息傳輸的最大和最小數據塊的長度都有嚴格限制。

　　4）具有指令/響應與"廣播"通訊方式異步操作，BC能夠以" 廣播"方式向所有RT發送一個時間同步消息，這樣總線控制器發出的指令來控制總線上的所有消息傳輸，相關終端對指令給予響應并執行操作。

　　5）1553B總線是廣播式分布處理的通信網絡，可掛31個終端，所有的終端共享一條消息通路，任一時刻網絡中只有一個終端在發消息，傳送中的消息可以被所有終端接收，接收的終端通過地址來識別。結構簡單，終端擴展方便，任一終端（除BC外）的故障都不會造成整個網絡的故障，BC則可備份來提高可靠性。但網絡對總線本身的故障較敏感，為此采用雙冗余結構設計。

2 1553B總線通信可靠性分析

　　1553B總線能掛31個遠置終端，1553B總線采用指令/響應型通信協議，它有總線控制器（BC）、遠程終（RT）和總線監視器（BM）三種終端類型；信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、廣播方式和系統控制方式。

　　1553B總線中傳輸的三種類型字：命令字、狀態字和數據字。結構是一致的，頭三位是同步頭（不同的是命令字、狀態字為正到負的跳沿；而數據字為負到正的跳沿），中間的16位是數據域，最后一位是奇偶校驗位。其中16位數據位和奇校驗位須按照曼徹斯特碼的形式進行傳輸。

　　2.1 1553B字格式

　　1553B總線系統信號采用曼徹斯特Ⅱ型雙相電平碼調制方式， 以串行數字脈沖碼形式在數據總線上傳輸。每條消息最長由32個字組成，所有的字分為三類:命令字、數據字和狀態字如圖2所示。每類字的長度為20位，有效信息位是16位，每個字的前3位為單字的同步字頭，而最后1位是奇偶校驗位，有效信息(16位)及奇偶校驗位在總線上以曼徹斯特碼的形式進行傳輸，傳輸一位的時間為1S(即碼速率為1MHz)。同步字頭占三個位時.電平的跳變發生在第二個位時的中間，是一個無效的數據碼.先正后負為命令字和狀態字，先負后正為數據字，雖然指令字和狀態字都是先正后負，但由于它們分別由BC和RT判斷，因此是可以區別的。命令字位于每條消息的起始部分，規定了該次傳輸的具體要求。狀態字只能由RT發出，內容代表 RT對BC發出的有效命令的反饋。BC根據狀態字的內容來決定下一步的操作。數據字既可由BC傳輸到某RT，也可以從某RT傳輸至BC，或者從某RT傳輸到另一RT。