機載MIL-STD-1553B總線通信異常排查研究

機載MIL-STD-1553B總線通信異常排查研究【摘要】針對基于MIL-STD-1553B總線的機載網(wǎng)絡系統(tǒng)，出現(xiàn)信息傳輸異?，F(xiàn)象，現(xiàn)從設計原理上進行詳細的分析，并提出排查方案，為機載MIL-STD-1553B總線信息傳輸異常排查提供借鑒?！娟P鍵詞】機載網(wǎng)絡系統(tǒng)MIL-STD-1553B總線1引言隨著電子技術的飛速發(fā)展，電子集成系統(tǒng)特別是嵌入式實時系統(tǒng)在飛機平臺上得到了越來越廣泛的應用。MIL-STD-1553B總線就是美國軍方專為飛機上設備制定的一種信息傳輸總線標準，也就是設備之間傳輸?shù)膮f(xié)議，相比我國也出版了與1553B等效的GJB289A數(shù)字式時分制指令／響應型多路傳輸數(shù)據(jù)總線標準，正因為這類總線的誕生，使得機載電子設備在功能和資源上得到更有效的共享。但隨機載電子系統(tǒng)集成度不斷提高，機載設備的交聯(lián)關系也變的十分復雜，導致這類總線通訊故障定位困難。本文重點對基于1553B總線的機載網(wǎng)絡系統(tǒng)通訊異常原因從設計原理上進行研究，提出排查方案。21553B總線協(xié)議的概述MIL-STD-1553B總線是一種中央集權式的串行總線，總線組成包括一個總線控制器（BC），負責總線調度、管理，是總線通訊的發(fā)起者和組織者；若干(最多不超過31個)遠程終端（RT）；另外還可以有一種監(jiān)控設備即總線監(jiān)視器（BM），用于監(jiān)視總線的運行。1553B總線采用異步數(shù)據(jù)傳輸方式，傳輸速率1Mbps（現(xiàn)已出現(xiàn)支持4Mbps的板卡），數(shù)據(jù)編碼采用曼徹斯特II型碼，差分傳輸，一般采用屏蔽雙絞線作為傳輸介質。該總線采用指令應答方式實現(xiàn)系統(tǒng)通訊，采用冗余通道和奇校驗以及相應的錯誤處理來提高系統(tǒng)通訊的可靠性。由于1553B總線具有極高的可靠性，因而在航空、航天、軍事等領域的電子聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛應用。3基于1553B總線機載設備通訊原理3.11553B總線的網(wǎng)絡拓撲為了確保航空總線的高可靠性，一般飛機都會設計多余度總線網(wǎng)絡，如圖1所示，可以保證總線控制器、遠程終端及總線監(jiān)控器能夠在任一總線上進行通訊。圖11553B總線網(wǎng)絡拓撲圖3.2數(shù)據(jù)編碼方式1553B總線上的信息是以消息的形式調制成曼徹斯特Ⅱ型碼進行傳輸?shù)?。曼徹斯特碼Ⅱ型是雙相電平碼，編碼調制方式如圖2所示。邏輯1為雙極編碼信號1/0(即1個正脈沖繼之1個負脈沖）。邏輯0為雙極編碼信號0/1(即1個負脈沖繼之1個正脈沖）。過零跳變發(fā)生在每一位時的中點。圖2曼徹斯特II型調制方式3.31553B信息傳輸形式3.3.1BC-RT傳輸在此情況下，BC發(fā)出一個指令字到它要尋址的RT，指令字中RT指明被尋址的終端地址。在此消息得到RT確認后，終端將響應一個狀態(tài)字供BC判斷此次傳輸是否成功，這樣就完成了1次BC-RT傳輸。3.3.2RT-BC傳輸在這種情況下，BC發(fā)出一個指令字到它尋址的終端，指示該終端發(fā)送一個由指令字中的字計數(shù)中定義的1～32個數(shù)據(jù)字。在指令字得到確認后，RT將返回狀態(tài)字，并跟隨相應數(shù)目的數(shù)據(jù)字，BC將確認返回的消息，完成RT-BC的傳輸。3.3.3RT-RT傳輸在這種情況下，總線控制器將發(fā)送兩個指令字，第一個指令字是對接收消息的終端尋址，第二個指令字尋址發(fā)送消息的終端。兩個指令字包含同樣的計數(shù)場。在指令字得到驗證后，發(fā)送RT將發(fā)送狀態(tài)字并緊隨相應數(shù)目的數(shù)據(jù)字。在消息得到接收終端確認后，接收端也要發(fā)回一個狀態(tài)字，這樣便完成了RT-RT傳輸。41553B總線通信異常排查分析在機載航電系統(tǒng)的首次通電及日常維護通電檢查中，偶爾會出現(xiàn)BC與RT、RT與RT通訊異常現(xiàn)象。從設計原理分析有以下三種可能：總線線路斷路、總線信號衰減、成品故障。4.1總線線路通斷的判斷以雙余度總線為例，1553B總線信號傳輸前，BC通過A、B總線同時給RT發(fā)送握手指令，RT收到后通過A、B總線給BC回復握手成功狀態(tài)，若BC先在A總線收到回復，則通過A總線開始進行通訊；若BC先在B總線收到回復，則通過B總線開始進行正常通訊。根據(jù)多余度1553B總線通訊線路選擇原理，我們無法判定通訊故障時使用的A總線還是B總線，只能通過隔離法對每條總線分別進行通電檢查，將故障鎖定到某一總線。進一步對1553B總線進行導通，由于1553B總線中有多個耦合器，這類耦合器工作電壓低，且屏蔽性要求高，不能用一般三用表導通，應借助1553B測試設備進行導通。檢查線路的通斷，并將故障鎖定到某一耦合器、線接器、電纜，最終予以更換再次通電驗證。4.2信號衰減的判斷若線路檢測結果為通路，還需要檢測總線線路的衰減是否正常。因為在1553B總線傳輸中，出現(xiàn)信號衰減不正常，將會導致傳輸?shù)碾娖叫盘柌ㄐ萎惓＃到y(tǒng)報故。1553B總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼采用的是曼徹斯特II型雙向電平編碼，如圖2所示，邏輯1表示一個正脈沖繼之以一個負脈沖，邏輯0表示一個負脈沖繼之以一個正脈沖。如果總線信號衰減值，可能造成正負脈沖過0點位置不正確、位時編碼畸形，導致曼徹斯特II型編碼無效，終端無法識別。使用1553B總線分析儀對需要檢測的總線進行檢查，判斷是否在正常衰減值范圍內，并定位故障，衰減值不正常的原因有很多，比如屏蔽套破損，耦合器、線接器、端接電阻損壞等。4.3成品故障的判斷通過借助總線監(jiān)控器接入1553B機載網(wǎng)絡系統(tǒng)中，監(jiān)控各設備的工作狀態(tài)是否正常，并關注故障復現(xiàn)時傳輸?shù)南⒆?，根?jù)ICD定義判斷機載設備間通信的信息是否正確，最終能將故障定位到某一成品。5結束語看來1553B總線傳輸并不是我們想象的那么穩(wěn)定，還受到許多條件的限制。信號衰減的原因也有很多，比如屏蔽套破損，耦合器、線接器、端接電阻損壞，雙絞線的短路、斷路，還有傳輸距離要求，主線不超過100米，采用變壓耦合方式短截線不超過6米，采用直接耦合方式短截線不超過0.3米等等?？傊?，在基于MIL-STD-1553B總線的機載網(wǎng)絡系統(tǒng)排故過程中一定要注意總線傳輸問題對故障現(xiàn)象的影響。一般線路（硬線）問題往往比較容易排除，可以通過線路連接圖進行機上線路導通絕緣檢查排除；總線問題就比較棘手，需要考慮總線線路通斷、總線衰減、ICD接口定義錯誤等等，這些原因都值得我們探討深究。參考文獻[1]