1、南京航空航天大学硕士学位论文摘 要近年来，随着航空科学技术的不断发展，对航空发动机数控系统的要求也不断提高。而数控系统中的总线接口控制模块是构成航空发动机数控系统的重要组成部分，其设计水平对控制系统性能有重要影响。美国军用数据总线标准 MIL-STD-1553B是目前国际上比较流行的军用总线标准，具有高可靠性和灵活性，在飞机、舰船、坦克等武器平台上得到了广泛的应用。1553B 总线系统的关键部分是协议接口控制器。目前国内设备上使用的协议控制器主要是国外的产品，核心技术掌握在少数外国公司手里，所以设计具有自主知识产权的总线接口控制模块对于新一代发动机数控系统的研制具有着重要的意义。本论文在研究美
2、国 1553B 数据总线协议以及参考国外各种芯片设计的总线接口控制器的基础上，提出了基于国产芯片的总线接口控制模块的总体设计方案，并给出了主要模块的电路设计、仿真和测试结果。该方案基于先进的 SOC（片上系统System on Chip）技术，采用了嵌入式 DSP 加 IP 核（知识产权核 IntellectualProperty Kenels）的体系结构。论文讨论了如何采用 EDA（电子设计自动化Electronic Design Automation）方法，结合 FPGA 器件，设计和实现符合 1553B航空总线通讯协议的接口控制模块，并最终实现了模块间的通讯。接口控制模块具体内容包括硬件
3、电路设计和软件程序设计。CPU 采用 DSP TMS320F2812 微控制器控制；电路逻辑功能、硬件资源分配、各处理器读写时序均由 FPGA XC2S150PQ208 实现；1553B 总线通讯协议采用协议处理器 JM1553B BCRTM 以及数据收发器 JM763M125来实现；还有一些外围电路设计以及电源模块设计等。DSP 部分采用 C 语言编程、FPGA 部分采用 VHDL 语言编程。通过对主要模块的单独测试以及接口控制模块的整体测试，结果表明本文提出的接口控制模块设计方案是合理的，为基于 1553B 总线的航空发动机数控系统接口控制模块的设计与实现提供了技术储备。关键词：航空发动机
4、，数控系统，1553B 数据总线，总线接口控制模块，JM71553BBCRTMi1553B 总线在航空发动机数字控制系统中应用ABSTRACTIn recent years, with the development of aeronautical science and technology，theaero-engine digital control system has been continuously developed and improved. Sincethe MIL-STD-1553B bus interface control module plays a key role
5、 in the realization ofaeroengine digital control system, its design is quite important. MIL-STD-1553B, theAmerica military data bus standard, is a more popular avionic bus satandard in the world.With the high reliability and agility, the multiplex transmission bus is widely applied inaeroplane, wars
6、hip and tank. The key to the 1553B bus system is to design 1553B databus interface controller chip. At present, the chip products are manufactured overseas onthe whole.A few companies control the key technology. Consequently its necessary todesign and produce the bus interface control module in deve
7、lopment of the newaero-engine digital control system.After studying the MIL-STD-1553B protocol and design of foreign bus interfacecontroller product, this paper puts forward a project of designing the whole interfacecontrol module based on domestic chip and also gives the design and simulation of th
8、eimportant modules. The project brings forward a new kind of system structure based onSOC technology, which is an advanced technology in IC design. This paper discusseshow to design and implement MIL-STD-1553B bus interface control module, whichadopt EDA an FPGA, and implement communication system b
9、ased on 1553B finally.The content of interface control module includes design of hardware circuit and softwareprogram. The CPU is controled by a microcontroller DSP; function of the circuit logic,distribution of the hardware resource and r/w scheduling of each processor is realized byFPGA; 1553B dat
10、a bus protocol is achieved by a protocol processor JM1553B BCRTMand a data transceiver JM763M125; in addition, there is some design about the peripherycircuit and the power module. Language C is adopted in the section of DSP, whilelanguage VHDL is used in the FPGA portion.After the testing of the im
11、portant modules and the whole interface control module,the project is prived to be right, and to be prepared for the realization of interface controlmodule of aero-engine digital control system based on 1553B bus.Keywords: Aero-engine, Digital Control System, 1553B data bus, bus interface controlmod
12、ule, JM71553B BCRTMii南京航空航天大学硕士学位论文图表清单图 1.1 某型数控系统示意图 . 2图 1.2 1553B 总线网络示意图 . 4图 2.1 多路传输数据总线结构示例 . 9图 2.2 数据编码 10图 2.3 字格式 11图 2.4 指令字和状态字同步头 11图 2.5 数据字同步头 15图 2.6 消息传输格式 18图 2.7 广播信息传输格式 18图 2.8 消息间隔和响应时间 20图 2.9 用变压器耦合的数据总线接口 21图 2.10 采用直接耦合的数据总线接口 . 21图 3.1 系统组成 22图 3.2 模块原理框图 24图 3.3 模块线路板尺寸
13、图 25图 3.4 电源模块电路原理 26图 4.1 BU61580 内部结构 36图 4.2 JM71553B BCRTM 仰视图 . 37图 4.3 引脚信号说明 37图 4.4 JM71553B BCRTM 功能框图 . 40图 4.5 寄存器空间映射图 41图 4.6 伪双端口 RAM 控制信号 . 42图 4.7 CPU/BCRTM 接口-伪双端口 RAM 结构 . 42图 4.8 DMA 信号 43图 4.9 CPU/BCRTM 接口-DMA 结构 43图 4.10 双通道收发器 . 44图 4.11 功能框图 . 45图 4.12 CAN 总线通讯电路 . 47图 4.13 42
14、2 总线通讯电路 . 47图 4.14 JM71553B BCRTM 部分外围电路图 48图 5.1 RT 描述符空间 . 51v承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签
15、名：日 期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪 论1.1 航空发动机控制系统的发展航空发动机控制系统是航空发动机的重要组成部分。发动机性能的充分发挥必须依靠控制系统的实现。因此，控制系统质量的提高对发动机的设计、发展和使用都起着十分重要的的作用。 1航空发动机控制系统是一种特殊的产品，其特点是：工作环境恶劣。控制系统作为附件，长时间随发动机工作在高空、高速条件及强烈振动的环境中。可靠性要求高。在航空发动机工作运行期间一般无法对其进行修理和维护。功能复杂。航空发动机是一个非线性、时变系统，且控制过程受许多约束条件的限制，要求控制器实现复杂的控制功能。几十年来，随着航空发动机的不断发展，其控制
16、系统也在不断发展，从机械液压式控制系统开始，经历了机械液压式控制与电子监控、全权限数字电子控制与液压机械备份两个阶段，逐步发展到全权限数字电子式控制（FADEC）系统。传统的机械液压式控制器在实现航空发动机单变量控制中具有一定的优越性，但是，由于对飞机超机动性、超声速巡航、高推重比等性能的追求，一方面使得发动机控制变量越来越多，控制功能越来越复杂，另一方面又要求控制系统进一步缩小体积，减轻质量，并适应苛刻的环境条件。如果采用机械液压式控制器实现多变量控制，其结构将十分复杂，同时它无法实现多回路解耦控制，也无法实现现代控制理论中各种复杂的控制算法。 23随着电子技术和计算机技术的不断发展，用电子
17、计算机作为控制器可以方便地实现航空发动机多变量控制。近 20 年来，世界上各航空国大力从事用数字式电子计算机作为航空发动机控制器的研究，并已取得成功应用，如今，无论是在军用发动机或是民用发动机上，数字式控制系统都得到了较为普遍的应用。数控系统的强大功能主要在于：4567（1）高速运算、高速存储能力及大容量存储，能够实现现代控制理论中各种复杂而先进的控制算法，可以保证发动机的高性能指标和高控制精度等要求。（2）数字控制软件和控制算法易于修改和更换，极大地方便了控制系统的设计和试验，从而大大缩短了控制系统的研制周期，降低了研制费用。（3）数字式电子计算机的逻辑判断能力使控制系统的各种限制与保护措施
18、、11553B 总线在航空发动机数字控制系统中应用故障隔离、容错技术、控制器切换等易于实现，从而保证了发动机工作的可靠性。（4）数字式电子计算机可以跟踪采集发动机工作运行中的有关信息，将采集信息进行处理后，分析出系统及其部件的性能衰退状况，为航空发动机状态监控与故障诊断提供了有效手段。1.2 MIL-STD-1553B 总线在发动机数控系统中的应用航空发动机数字控制系统通常包括电源模块、CPU 模块、输入/输出模块、通讯接口模块等。CPU 模块主要完成对信号的处理以及运算功能，将采样信号计算结果输出以控制执行机构；输入/输出模块主要包括开关量的输入 /输出、频率量的输入、模拟量的输入/输出等；
19、通讯接口模块主要实现发动机数控系统与飞机其它各部分组件的数据交换功能，常见的有 RS232 串口通讯、 422 串行通讯、ARINC429 总线通讯、CAN 总线通讯、1553B 总线通讯等。某型数控系统如图 1.1 所示。图 1.1 某型数控系统示意图MIL-STD-1553B 是一个关于数据总线电器特性和协议规范的军事标准，它的全称为“飞机内部时分制指令/响应型多路传输数据总线，(Aircraft InternalTimeDivision Command/Response Multiplex Data Bus)，这个标准规定了飞机内部数字式的命令/响应时分制多路数据总线的技术要求，也规定了
20、多路数据总线的操作方式和总线上的信息流的格式以及电气要求。其作用是提供一个在不同系统之间的传输数据和信息的媒介。目前，MIL-STD-1553B 总线协议己广泛的应用于军事、工业和科技领域。从大型运输舰、空间补给站、轰炸机到各种战略战斗机，以及直升2南京航空航天大学硕士学位论文飞机，都有其应用，它甚至用于导弹系统以及用作飞行器和导弹之间的基本通讯单元。现在它同样用于商业和工业用途，比如地铁系统和工业生产线。89MIL-STD-1553 是一种具有可确定性、传输可靠的数据总线。特别适合使命关键的计算模块与实时传感器和控制器之间互连的应用。20 多年来，它广泛应用于不同军事平台(航空系统、地面车辆
21、系统、舰艇系统) 系统。101553 总线具有以下优点：（1）线性局域网络结构：合理的拓扑结构使得 1553 成为航空系统或地面车辆系统中分布式设备的理想连接方式。与点对点连接相比，它减少了所需电缆、所需空间、和系统的重量。便于维护，易于增加或删除节点，提高设计灵活性。（2）冗余容错能力：由于其固有的双通道设计，1553 通过在两个通道间自动切换来获得冗余容错能力，提高可靠性。通道的自动切换对软件透明。（3）支持“哑 ”节点和“智能”节点：1553 支持非智能的远程终端。这种远程终端提供与传感器和激励器的连接接口。十分适合智能中央处理模块和分布式从属设备的连接。（4）高水平的电器保障性能：由于
22、采用了电器屏蔽和总线耦合方式，每个节点都能够安全地与网络隔离，减少了潜在的损坏计算设备的可能性。（5）良好的器件可用性：1553 器件的制造工艺满足了大范围温度变化以及军标的要求。器件的商品化使得 1553 得以广泛地应用在苛刻环境的项目当中。（6）保证了的实时可确定性：1553 的命令/相应的协议方式保证了实时的可确定性。这可能是大多数系统设计者在设计使命关键系统中选择 1553 最主要的原因。1.3 1553B 总线研究的必要性、重要性以及意义随着技术的不断完善和发展，航空电子设备系统也变成数字化了；但航空电子设备之间的通信仍然十分复杂和凌乱，且需要不同的硬件接口来应付不同的航空设备；另外
23、在不同的航空设备接口连线也十分复杂和混乱，安全性能也不高。 为了简化这一状况，就提出了数据总线，即在不同的时刻和不同的航空电子设备之间能相互通信，为了减少系统所需要的“黑箱子“ 数量，在各系统之间共享信息变得越来越需要了，另外由于航空发动机的工作环境比较恶劣，强辐射、强电磁干扰、静电干扰、强气流震动、温差变化大等，势必需要一种比较可靠的通讯方式进一步推动航空发动机的发展。1112本课题出现与航空发动机数控系统的发展密不可分的。随着航空技术、电子信息技术、计算机技术、控制技术等的发展与进步，飞机系统设计任务的重点已从过去关注飞机机体的设计演变到飞机内部的电子系统设计上来。航空发动机数控系统315
24、53B 总线在航空发动机数字控制系统中应用的发展，要求系统各个控制模块之间实现信息共享与并行处理，以形成一个实时的、分布的、可靠的综合实时控制系统。为实现这一目标，一方面需要实时操作系统的支持，以提供控制任务调度与任务间通讯的能力， 另一方面还需要可靠的局域网络通讯系统的支持，以提供数据传输能力，并且还需要一套完整的网络通讯系统调用接口，以降低控制软件通讯模块的开发难度。航空电子综合化技术应运而生，它是一个新兴的技术领域。航空电子综合化的支撑技术是连网技术，机动平台上的连网技术不同一般的局域网技术，它特别强调网络的可靠性和实时性。在其发展历程中，人们在数据总线领域先后提出来了一系列的标准和规范
25、，在这方面比较有名而且成功的航空总线有 ARINC429 总线和 MIL-STD-1553B 总线。其中 ARINC429 总线是航空数字数据标准，它规定了航空电子系统各系统间数字数据传输标准，该总线主要应用在民用机载设备上；MIL-STD-1553B 则是航空电子设备总线标准，该标准规定了飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线的技术要求。它主要用于军用飞机及机载设备上。这两种标准在发达国家经过多年的应用，技术已经日趋成熟。上述两种总线均属于航空发动机数控系统的重要组成。因此，用于发动机数控系统的 1553B 总线接口控制模块的研制便成为发动机数控系统发展的一个重点。模块的重要任务是将专用
26、航电系统的数据总线与飞机的数据总线连接起来，并且依据飞机的指令而操作总线上的子系统。所以模块的可靠性及功能完善与否直接关系到系统后一步的进展。1314因此本文主要基于 DSP 微控制器开发一套 MIL-STD-1553B 总线接口控制模块，并实现多通讯节点的互连。1.4 国内外研究状况近年来，由于科学技术的不断发展，使得航空电子综合化系统也不断发展、提高。MIL-STD-1553B 总线标准作为一种成熟的数据传输标准，已经得到了广泛的应用。MIL-STD-1553B 总线接口板是实现航空电子综合化的关键部件，其设计有多种实现方案，例如采用 SMC 公司的 COM1553B 芯片或 UT 公司的
27、 UT1553B 系列芯片都能完成协议功能，但是这样设计的接口板要加许多硬件电路，故集成度还不是太高，电路复杂、工作效率低、可靠性差、功能少，不易实现小型化，给系统设计带来许多的不便。90 年代初，DDC 公司推出了新型高级协议处理芯片 BU-61580。它具有体积小、重量轻、单电源、功能强、性能优良和集成度高等一系列优点，很适合在小体积多路总线接口板(MBI)中应用。1553B 总线网络示意图如图 1.2 所示。1516由于 1553B 总线已经是一种成熟的总线规范，所以国内外均可以提供一些现成的 1553B 航空总线产品。在互联网上搜索就可以找到提供这类产品的公司。这些产4南京航空航天大学
28、硕士学位论文品型号多样，功能强大，既有 PCI 插槽的产品，也有 ISA 或其它接口的产品。但是这类产品还是存在一些问题。首先，是适合性的问题。这类产品虽然有丰富的操作和功能，但是有些功能是用户不需要的，而用户需要的某些功能它们又没有提供。其次，是技术支持的问题。这类产品多数是国外开发研制国内代理销售，其硬件的维护和软件的升级均有年限的限制通常为两年，导致技术支持受制于人。假如选用了这类产品，其内部组成和结构对用户来说完全是个黑箱，用户无法改进，开发出更多的功能。当使用环境改变时(如换用不同的操作系统)，供应商可能无法提供相应的软件。这些都减少了采购这套系统的实际价值。最后，是价格问题。由于1
29、553B 总线属于专用航空总线，产品的开发难度较大而应用领域较小，所以价格昂贵。经过调查，单片扩展板的价格在 10 万 RMB 左右，组成一套可用的系统少则数十万，多则上百万，对用户来说是巨大的经济负担。上述问题都会影响通讯系统的稳定使用。而自研的系统可以避免上述问题，一方面过去有成功开发相似系统的经验，具备开发此通讯系统的技术实力；同时，开发的系统可以根据用户特定的要求定制，并提供后期的技术支持，并且价格相对合理，更能为用户所接收。图1.2 1553B总线网络示意图1.5 课题重点、难点及论文主要工作由于 1553B 和计算机之间没有完整、严格的定义，各协议芯片也没有标准的接口规定，所以其通
30、讯大都设计成灵活的接口方式，这给用户带来很大困难。本文提出了基于国产 JM71553B BCRTM 协议芯片的嵌入式 1553B 总线设计中部分关键问题的解决方法。同时，由于协议处理器和总线收发器两块独立芯片组成的协议套片，需要外扩双口 RAM，其控制和状态脚通常会过多占用主 CPU 的资源。本文提出了一套全新的硬件电路设计思想，突破了以往 CPU、双口 RAM、协议芯片三者的传统结51553B 总线在航空发动机数字控制系统中应用构，由 FPGA 实现 BCTRM 与 CPU 之间的相关电路，如共享 RAM、存储器管理、处理器与存储器接口逻辑等，使得一些逻辑控制功能的配置更加灵活，同时减轻了主
31、 CPU的负担。国产 JM71553B 的优势是价格比进口协议芯片低得多，有推广应用的前景，例如应用于航空发动机数控系统电气终端中，既可以提高系统的可靠性、灵活性，又可以大大降低系统的成本。171819本文以航空发动机数控系统中使用的 MIL-STD-1553B 总线为研究对象，研究设计 MIL-STD-1553B 总线接口控制模块，以用于航空发动机数控系统与飞机系统之间的通讯。本课题中主要涉及的重点难点有以下几方面：（1）进行 MIL-STD-1553B 总线接口控制模块结构和功能设计开发的 MIL-STD-1553B 总线应该具有良好的系统结构，以较低的成本实现较好的通用性和扩展性。在其具
32、体功能的设计上要兼顾未来二次开发的需要，尽量提高实用性和灵活性，扩大使用范围和使用对象。（2）MIL-STD-1553B 总线接口控制模块硬件电路设计在设计中，应根据使用要求对具体的硬件器件进行选择，并采用 EDA 和 Protel软件对设计方案进行仿真，确保设计的合理性。（3）编写单片机的控制软件控制软件的设计应该在保证实现 MIL-STD-1553B 总线既定功能的同时，提高软件的可靠性和可读性。论文各章主要内容如下：第一章对航空发动机数控系统进行分析，引出课题内容，并对课题中的重点难点问题进行分析。第二章对搜集到的各种英文资料进行消化、整理，详细解析MIL-STD-1553B总线协议标准
33、的具体要求。第三章介绍涡扇发动机数控系统的总体设计方案。从整体上介绍航空发动机数控系统的组成，然后论述其的工作原理。第四章具体分析MIL-STD-1553B总线中各模块电路的设计，并对电路中使用的芯片进行较为详细的介绍。第五章介绍MIL-STD-1553B总线控制软件的设计、程序整体结构和各主要程序模块的实现方法。第六章介绍在上位机安装了测试板卡的基础上运行的监控测试软件，并用该监控测试软件对MIL-STD-1553B总线接口控制模块软硬件进行初步测试。最后一章对论文所做的工作进行总结，并在此基础上，指出需要进一步研究的几个问题。6南京航空航天大学硕士学位论文第二章 MIL-STD-1553B
34、 总线协议标准解析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。202122本章从 1553B 航空通讯总线的介绍开始，分析了这种总线的特点，然后介绍总线上节点的分类与功能，最后解析了 1553B 总线使用的消息传输机制。232425对于本文来说，本章是后续章节的方法基础和理论依据。对于不同学术背景的读者来说，通过本章也可更清楚的了解本文的思路和作者的工作方法。21 基本概念定义（1） 位 b
35、it：位是表示二进制数数字信息的基本单位，它可以是 0 或 1，在信息论中一个二进制数字相当于一个二元决策，或一切用作储存或传递信息的两个可能的数值或状态的一个符号。（2） 位速率 bit rate：位速率是每秒传输的位的数目。（3） 脉冲编码调制 pulse code modulation （PCM）：脉冲编码调制是一种信号调制方式，该方式是对调制信号进行采样、量化及编码，以使每一信息元素由不同类型或不同数量的脉冲与间隔组成。（4） 字 word：字是一个信息序列，它包括同步头、16 位信息段及一个奇偶校验位。有三种类型的字：指令字、状态字、数据字。（5） 消息 message：消息包括一个
36、指令字、一个状态字（或出现在远程终端到远程终端传输时的两个指令字、两个状态字）、若干个数据字（字数从 0 到 32 不等）及状态响应间隔在内的传输序列。（6） 时分制多路传输 time division multiplexing（ TDM）：是指在一个通信系统中，通过对来自若干个信号源的信号在时间上错开采样，形成一个组合的脉冲序列，最终满足在系统中任意两个终端间均能相互交换信息的一种传输方式。（7） 半双工 half duplex：半双工是指总线系统在单根总线上的操作，只能沿任何一个方向进行，不能同时沿两个方向进行。（8） 指令/响应 command/response：指令/响应是指总线系统的
37、操作方式，仅当总线控制器发出指令字时，远程终端才作出响应。即接收或发送规定字数的数据或完成预先定义的某种特定操作。71553B 总线在航空发动机数字控制系统中应用（9） 方式代码 mode code：方式代码是总线控制器对总线系统中的信息流及有关硬件进行管理的手段，而不用于从子系统提取数据或向子系统送入数据。方式码用于帮助管理信息传输系统。方式码的功能及协议的标准化，取消了使用用户定义的指令管理总线的需求，并且简化了 BC 管理总线的工作。（10） 广播 broadcast：广播是总线系统的一种操作方式，这种方式下，连接在数据总线上具有接收广播指令能力的所有设备，均应接收由总线控制器或某个远程
38、终端发送的信息。广播协议允许 BC 或 RT 寻址连入系统的多个终端。为做到这点，指令字中须指明发送给专用终端地址（11111），而每个 RT 均抑制常规状态字响应。（11） 异步操作 asynchronous operation：异步操作是指每个终端在消息传输中均使用独立的时钟源，且终端在接收时，使用取自信息的时钟信息完成译码。该定义是指通过电气特性确定字中各位的定时。异步操作的这种使用不应与异步消息混淆起来，后者可能中断或暂停航空电子系统中同步（即周期）消息的发送。（12） 动态总线控制 dynamic bus control：动态总线控制是总线系统的一种操作，即将总线系统的控制权授予指定
39、的终端。（13） 多路传输数据总线（总线系统） multiplex data bus（data bus system ）：是指由数据总线及有关终端组成的、能按要求进行多路传输操作的系统。（14） 终端 terminal：终端是使数据总线与子系统相接口的电子组件。在总线系统中它可以是总线控制器、远程终端或总线监控器。终端既可以是独立存在的外场可更换组件，也可包含在子系统内。（15） 总线控制器 bus controller（BC ）：是总线系统中组织信息传输的终端。（16） 总线监控器 bus monitor（BM）：总线监控器是总线系统中指定作接收且记录总线上传输的信息并有选择地提取信息以备后
40、用的终端。总线监控器的用途是监视数据总线并记录规定的总线活动。为监控器规定了两个基本作用：a. 离线应用，包括飞行试验记录，维护记录及任务分析；b. 提供内部备份总线控制器（BBC）功能的唯一数据总线终端，若因现行的 BC故障需要切换时，它拥有足够信息取代主 BC。在起这两种作用时，总线监控器硬件可以采用具备一终端能力（唯一地址）的方法，另一种方法是采用将自己连到数据总线上，工作时不需要总线其它用户（包括 BC）额外操作。在第二种方法中，总线监控器通讯无需 BC 干预。总线监控器作为被动监听器监听安排它记录的特定信息。总线监控器特性要求监视数据总线上的指令字，状态字及数据字。根据这种监控，特定
41、的消息收集处理可以发生在正常及异常总线通讯期间。为帮助检测这些字（指令字及状态字），可选的测试手段位（状态字中的位 10 及对应的指令字中的位 10）可能分别被置成逻辑 0 及逻辑 1。8南京航空航天大学硕士学位论文（17） 远程终端 remote terminal（RT）：远程终端是总线系统中不作为总线控制器或总线监控器的所有终端。（18） 子系统 subsystem：从传输数据总线接受数据传输服务的装置或功能单元。（19） 数据总线 data bus：数据总线（简称总线）是指在各终端之间提供一路单一数据通路所需要的包括双绞屏蔽电缆、隔离电阻、耦合变压器等在内的所有硬件。其中双绞屏蔽电缆又包
42、括主电缆和短截线两部分。（20） 余度数据总线 redundant data bus：余度数据总线是使用一路以上的数据总线，从而在子系统间提供一路以上的数据传送通路。余度数据总线定义指出了获得多条数据通路的特定方法，以便提高消息到达目的之概率。双余度正常地定义为两条总线（双绞屏蔽电缆），每条能在 BC 和 RT 之间进行通讯。在这种方式中，除非在备份总线上发出更换指令，在任意给定时间仅一条总线工作。当在备份总线上发出更换指令时，终端响应最新指令。（21） 总线活动监测 data bus activity monitor：判定总线上有无传输活动。22 1553B 总线协议一般要求2.2.1 试验
43、和操作要求标准规定的所有要求应在多路传输数据总线的工作环境条件下有效。系统设计者必须根据系统规范确定总线系统正常工作的环境条件范围。2.2.2 多路传输数据总线操作要求多路传输数据总线的基本结构应如图 2.1 所示。其基本操作要求是：a. 总线系统信息传输的控制权唯一归总线控制器所有；b. 总线系统的操作应是指令/响应型的异步操作；c. 数据总线上的信息传输应以半双工方式进行；d. 数据总线上的信息流应由消息组成；e. 总线系统应具有方式控制的能力。可任选的余度电缆总线控制器（BC）远程终端（RT）子系统嵌入子系统中的远程终端图 2.1 多路传输数据总线结构示例91553B 总线在航空发动机数
44、字控制系统中应用2.2.3 1553B 总线协议特性数据形式：总线上传输的数字数据应符合标准定义的消息和字的格式。字中任何不使用的位应按逻辑 0 传输。位优先权：在总线上传输的数据字，总是每个字的最高有效位在先，按数值递减的次序跟着较低有效位。确定一个数值所需位的个数应符合所要求的分辨率或精度。如果在总线上发送的信息其精度或分辨率超过 16 位，也应先发送最高有效位。超过 16 位的那些位再按数值递减的次序组成第二个字发送。允许将多个参数信息的位合并成一个数据字。当子系统数据包含的每个参数信息少于 16 位时（例如，每个数据为 1 位，对状态信息来说这是常见的）位组合用于改善传输效率。允许系统
45、将几个这样的参数组合成单个数据字。将数据组合成少数几个字降低了总线负载，然而，这增加了接收子系统进行转换的工作量。传输方法包括以下几点：（1）调制：信号应以串行数字脉冲码的调制方式在数据总线上传输。（2）数据码：在总线上传输的数据码应是曼彻斯特 II 型双相电平码。逻辑 1为双极编码信号 1/0（即一个正脉冲继之以一个负脉冲）。逻辑 0 为双极编码信号0/1（即一个负脉冲继之以一个正脉冲）。过零跳变发生在每一位时的中点（见图2.2）。一个位时（+）1MHz 时钟（0）（+）非归零数据（0）曼彻斯特 （+）1 0 1 1 0 0 0型双相电平 （0）（-）图 2.2 数据编码（3）位传输速率：总
46、线上的位传输速率应是 1.0Mb/s。用来发送编码数据的各个内部时钟的长期稳定性为0.1%（即1000Hz）。短期稳定性（即在 1.0s 间隔内的稳定性）应优于 0.01%（即 100Hz 绝对值）。（4）字长：字长应为 16 位有效位加同步头加奇偶校验位，总共 20 位时，如图 2.3 所示。选用 20 位字长是因为当使用 16 位数据位。3 位无效曼彻斯特码作同10南京航空航天大学硕士学位论文步头及一位奇偶校验位时，在一个字中这是最少位数。（5）字格式：指令字、数据字和状态字的字格式如图 2.3 所示。允许三种类型字：指令字、数据字及状态字。每个字 20 位长，包括 16 位信息，3 位同
47、步头及1 位奇偶校验。指令字含有终端地址，一位发/收位（指明终端是发送还是接收），子地址/方式字段及字计数/方式代码。子地址是指向终端子系统中数据的指针，而字计数指明字数（可达 32 个），若子地址/方式字段为全 1 或全 0，这是表示字计数/方式代码为方式码的标志。因此，方式代码可以通过指令字发送给终端。状态字包括终端地址和状态位。指令字：指令字应由同步头、远程终端地址字段、发送/接收位（T/R）、子地址/方式字段、数据字计数/方式代码字段及奇偶校验位（P）组成（见图 2.3）。位时 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20指令字
48、5 1 5 5 1数据字同步头同步头远程终端地址 T/R 子地址/方式16数据数据字计数/方式代码 P1P状态字 5 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1同步头 远程终端地址 消息差错测 服试 务手 请段 求备用 广 忙 子 动播 态 系指 总令 统 线标 控-43接制收 志接终 奇端 偶标志受图 2.3 字格式同步头：如图 2.4 所示，指令字同步头应是一个无效的曼彻斯特波形。其宽度为三个位时，前 1.5 位时的波形为正，后 1.5 位时的波形为负，如果紧跟同步头后的一位是逻辑 0，那么同步头的后半部分有两个位时的表观宽度。+V0-V数据位图 2.4同步头指令字和状态字同步头数据位1115
49、53B 总线在航空发动机数字控制系统中应用远程终端地址字段：紧跟同步头后的五位应为远程终端地址字段。每个远程终端被指定一个专有地址，从十进制地址 0 到十进制地址 30 均可采用，但尽量不采用十进制地址 0 作为远程终端的专用地址。还指定十进制地址 31（11111）为所有远程终端的公用地址，供系统采用广播操作时使用。为每个 RT 分配一个专有地址，当该地址作为指令字的组成部分由现行 BC 发送到数据总线上时，RT 将予以响应。只有一个 RT 地址不能分配作为专有地址十进制地址 31。若系统使用广播方式，该地址被安排给所有 RT 作为接收广播数据的公用地址。广播方式为用一个消息同时向多 RT 发送信息提供了一种机制。这是通过保留地址 31（11111）供广播消息用来实现的。当发送一个广播消息时，BC 使用地址 31 而不使用专用终端地址。当 RT收到广播消息时，绝不能发送状态字，以免同时在总线上发送。按系统约定，可以使用带子地址或带方式代码的广播消息。不加选择地使用广播技术是不可取的。若使用，每当处于故障模式的终端用地址 31 接收消息时，它将给系统增加一个故障模式。设计者必须研究放弃指令响应格式的利弊（用指令响应格式，BC 可以知道所有消息完成过程中有无故
