綜合解析1553B協(xié)議

1、目錄一、什么是 1553B 總線二、1553B 總線的特點(diǎn)三、1553B 總線消息傳輸機(jī)制四、1553B 總線在武器通信中的應(yīng)用五、1553B 總線的優(yōu)點(diǎn)六、1553B 技術(shù)發(fā)展情況一、什么是 1553B 總線1553B 總線是 MILSTD1553 總線的簡(jiǎn)稱， 其中 B 就是 BUS，MIL-STD-1553B總線是飛 機(jī)內(nèi)部時(shí)分制命令 /響應(yīng)式多路復(fù)用數(shù)據(jù)總線。 1553B數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)是 20 世紀(jì) 70年代由美 國(guó)公布的一種串行多路數(shù)據(jù)總線標(biāo)準(zhǔn)。 1553B 總線能掛 31 個(gè)遠(yuǎn)置終端， 1553B總線采用指 令/ 響應(yīng)型通信協(xié)議，它有三種終端類型：總線控制器（BC）、遠(yuǎn)程終端（ RT

2、）和總線監(jiān)視器（ BM）；信息格式有 BC到RT、RT到 BC、RT到RT、廣播方式和系統(tǒng)控制方式；傳輸媒 介為屏蔽雙絞線， 1553B 總線耦合方式有直接耦合和變壓器耦合； 1553B 總線為多冗余度總 線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有雙向傳輸特性，其傳輸速度為 1Mbps 傳輸方式為半雙工方式，采用曼 徹斯特進(jìn)行編碼傳輸。 采用這種編碼方式是因?yàn)檫m用于變壓器耦合， 由于直接耦合不利于終 端故障隔離， 會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)終端故障而造成整個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)的完全癱瘓， 所以其協(xié)議中明確指出 不推薦使用直接耦合方式。在 20 世紀(jì) 60 年代以前， 飛機(jī)機(jī)載電子系統(tǒng)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的通用數(shù)據(jù)通道，各個(gè)電子設(shè)備單元之間連接往往需要大量

3、的電纜。 隨著機(jī)載電子系統(tǒng)的不斷復(fù)雜化， 這種通信方式所用的電 纜將會(huì)占用很大的空間和重量， 而且對(duì)傳輸線的定義和測(cè)試也較為復(fù)雜， 費(fèi)用較高。 為了解 決這一問(wèn)題，美國(guó) SAE A2K委員會(huì)在軍方和工業(yè)界的支持下于 1968 年決定開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào) 多路傳輸系統(tǒng)，并于 1973年公布了 MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)。 1973年的 1553B多路傳輸數(shù)據(jù)總 線成為了未來(lái)軍機(jī)將采用的技術(shù)， 它取代了在傳感器、 計(jì)算機(jī)、 指示器和其他飛機(jī)設(shè)備間傳 遞數(shù)據(jù)的龐大設(shè)備，大大減少了飛機(jī)重量，并且使用簡(jiǎn)單、靈活，此標(biāo)準(zhǔn)的修訂本于 1978 年公布，即 MIL-STD-1553B標(biāo)準(zhǔn)。 1980 年，美國(guó)空

4、軍又對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)作了局部修改和補(bǔ)充。該 標(biāo)準(zhǔn)作為美國(guó)國(guó)防部武器系統(tǒng)集成和標(biāo)準(zhǔn)化管理的基礎(chǔ)之一， 被廣泛的用于飛機(jī)綜合航電系 統(tǒng)、外掛物管理與集成系統(tǒng)，并逐步擴(kuò)展到飛行控制等系統(tǒng)及坦克、艦船、航天等領(lǐng)域。它 最初由美國(guó)空軍用于飛機(jī)航空電子系統(tǒng)， 目前已廣泛應(yīng)用于美國(guó)和歐洲海、 陸、空三軍，而 且正在成為一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)于 1987 年頒布了相應(yīng)的軍標(biāo)。二、1553B 總線的特點(diǎn)1553B 總線是一種集中式的時(shí)分串行總線， 其主要特點(diǎn)是分布處理、 集中控制和實(shí)時(shí)響 應(yīng)。其可靠性機(jī)制包括防錯(cuò)功能、容錯(cuò)功能、錯(cuò)誤的檢測(cè)和定位、 錯(cuò)誤的隔離、錯(cuò)誤的校 正、系統(tǒng)監(jiān)控及系統(tǒng)恢復(fù)功能。 采用雙冗余系統(tǒng)， 有兩個(gè)

5、傳輸通道，保證了良好的容錯(cuò)性和 故障隔離。綜合起來(lái) 1553B 總線有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是實(shí)時(shí)性好， 1553B總線的數(shù)據(jù)傳輸率為 1Mbps ，每條消息最多包含 32 個(gè)字，傳輸 一個(gè)固定不變的消息所需時(shí)間短。數(shù)據(jù)傳輸速率比一般的通訊網(wǎng)高。二是合理的差錯(cuò)控制措施和特有的方式命令， 為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕?1553B 采用了 合理的差錯(cuò)控制措施 反饋重傳糾錯(cuò)方法。 當(dāng) BC 向某一 RT 發(fā)出一個(gè)命令或發(fā)送一個(gè)消息 時(shí)，終端應(yīng)在給定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)發(fā)回一個(gè)狀態(tài)字， 如果傳輸?shù)南⒂绣e(cuò)， 終端就拒絕發(fā)回狀 態(tài)字，由此報(bào)告上次消息傳輸無(wú)效。 而特有的方式命令不僅使系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)通訊控制任務(wù)， 還能檢查

6、故障情況并完成容錯(cuò)管理功能。三是總線效率高， 總線形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)總線效率的要求比較高，為此 1553B 對(duì)涉及 總線效率指標(biāo)的某些強(qiáng)制性要求如命令響應(yīng)時(shí)間、 消息間隔時(shí)間以及每次消息傳輸?shù)淖畲蠛?最小數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度都有嚴(yán)格限制。四是具有命令 /響應(yīng)以及 “廣播”通訊方式， BC能夠以 “廣播”方式向所有 RT發(fā)送一個(gè)時(shí)間 同步消息， 這樣總線上的所有消息傳輸都由總線控制器發(fā)出的指令來(lái)控制， 相關(guān)終端對(duì)指令 應(yīng)給予響應(yīng)并執(zhí)行操作。這種方式非常適合集中控制的分布式處理系統(tǒng)。但 1553B 總線價(jià) 格高昂，限制了它在工業(yè)領(lǐng)域的普遍性應(yīng)用。三、1553B 總線消息傳輸機(jī)制1553B 總線上的信息是以消

7、息 （Message）的形式調(diào)制成曼徹斯 * 進(jìn)行傳輸?shù)摹?每條消息最 長(zhǎng)由 32 個(gè)字組成，所有的字分為三類 :命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。每類字的長(zhǎng)度為20 位，有效信息位是 16 位，每個(gè)字的前 3 位為單字的同步字頭，而最后 1位是奇偶校驗(yàn)位。有效 信息（16位）及奇偶校驗(yàn)位在總線上以曼徹斯 * 的形式進(jìn)行傳輸，傳輸一位的時(shí)間為1 S（即碼速率為 1MHz） 。同步字頭占 3 位，先正后負(fù)為命令字和狀態(tài)字，先負(fù)后正為數(shù)據(jù)字。命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字各位的定義見圖 1在這三種類型的字中， 命令字位于每條消息的起始部分， 其內(nèi)容規(guī)定了該次傳輸?shù)木唧w 要求。 狀態(tài)字只能由 RT發(fā)出，它的內(nèi)容代表

8、RT對(duì) BC發(fā)出的有效命令的反饋。 BC可以根據(jù)狀態(tài)字的內(nèi)容來(lái)決定下一步采取什么樣的操作。 數(shù)據(jù)字既可以由 BC傳輸?shù)侥?RT，也可以從 某 RT傳輸至 BC，或者從某 RT 傳輸?shù)搅硪?RT，它的內(nèi)容代表傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。1553B 總線上消息傳輸?shù)倪^(guò)程是 :總線控制器向某一終端發(fā)布一個(gè)接收/發(fā)送指令，終端在給定的響應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)回一個(gè)狀態(tài)字并執(zhí)行消息的接收/ 發(fā)送。 BC通過(guò)驗(yàn)收 RT回答的狀態(tài)字來(lái)檢驗(yàn)傳輸是否成功并做后續(xù)的操作。消息是構(gòu)成 1553B 總線通訊的基本單位，如果需要完成一定的功能，就要將多個(gè)消息 組織起來(lái)，形成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)叫做幀 (Frame)。幀的結(jié)構(gòu)見圖 2。在圖中，完成一個(gè)

9、消息的時(shí) 間稱為消息時(shí)間，兩個(gè)消息之間的間隔稱為消息間隔時(shí)間，完成一個(gè)幀的時(shí)間稱為幀時(shí)間。 在實(shí)際應(yīng)用中這三種時(shí)間都是可以通過(guò)編程設(shè)置的。四、1553B 總線在武器通信中的應(yīng)用基于軍事上的需要， 現(xiàn)在武器上的電子設(shè)備不斷增加， 如何將電子設(shè)備加以有效的綜合， 從而使之達(dá)到資源和功能的綜合已成為武器發(fā)展的必然要求。 武器綜合電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)就是 采用數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，利用數(shù)據(jù)總線使處理機(jī)(包括硬件和軟件)、信息傳輸以及控制顯示 個(gè)分系統(tǒng)為各種任務(wù)所共用。 這樣就具有以下優(yōu)點(diǎn)： 減少武器設(shè)備體積和重量， 提高武器系 統(tǒng)可靠性，降低成本，提高檢測(cè)精度等?，F(xiàn)代武器對(duì)本身通信系統(tǒng)的要求一般有以下幾點(diǎn)： 一是能

10、有效實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，且滿足特定的通信特性 ; 二是通信子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立地工作， 對(duì)應(yīng)用軟件盡可能透明， 且占用主機(jī)的時(shí)間盡可能少。 三是通信系統(tǒng)靈活，易于修改。四是通信子系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。而 1553B 總線的優(yōu)良性能恰好能滿足上面幾點(diǎn)要求，從而使其在現(xiàn)代武器系統(tǒng)中得到 了越來(lái)越多的重視，已成為戰(zhàn)車、艦船、飛機(jī)等武器平臺(tái)上電子系統(tǒng)的主要工作支柱。如何有效的實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)1973 年美國(guó)公布了軍用標(biāo)準(zhǔn) MIL 航空電子系統(tǒng)通常包括十多個(gè)機(jī)載計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)， 通信對(duì)整個(gè)航空系統(tǒng)的成敗無(wú)疑起著關(guān)鍵性的作用。自F16、 F 18、B 1 和 AVSB等多種STD 1553B 總

11、線后，它就迅速的被應(yīng)用于空軍，在 飛機(jī)上得到應(yīng)用。目前世界上可以作為軍用標(biāo)準(zhǔn)和專門的艦用戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)總線有許多種， 但使用的最多的還 是當(dāng)推美國(guó)的 MILSTD1553B。1553B 的傳輸介質(zhì)有同軸電纜、屏蔽雙絞線、光纜等，通 過(guò)變壓器藕合或直接藕合方式把終端藕合到總線上去。 這種數(shù)據(jù)總線的傳輸速率、 傳輸距離、 遠(yuǎn)程終端數(shù)，能較好的滿足各類中小型艦艇以及潛艇系統(tǒng)通信的要求，故應(yīng)用十分普及。軍用車輛及各類戰(zhàn)車作為陸軍地面武器的作戰(zhàn)平臺(tái)， 經(jīng)常工作在強(qiáng)振動(dòng)、 高噪音、 粉塵 多，溫度變化大的惡劣環(huán)境中。 因此， 其內(nèi)部電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信要求通過(guò)嚴(yán)格的故障檢 測(cè)，以達(dá)到較高的可靠性、殘存性和容錯(cuò)能

12、力。在實(shí)時(shí)性方面，動(dòng)力系統(tǒng)一體化控制要分別 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器進(jìn)行控制，二者之間的數(shù)據(jù)通信要求一條消息的最大響應(yīng)時(shí)間一般極短， 這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的實(shí)時(shí)控制， 從而提高整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的綜合性能。 此外， 還 有一些對(duì)數(shù)據(jù)通信的特殊要求， 如協(xié)議簡(jiǎn)單性、短幀信息傳輸、信息交換的頻繁性、網(wǎng)絡(luò)負(fù) 載的穩(wěn)定性、高安全性和性價(jià)比高等。 1553B 總線具有很高的可靠性和很好的實(shí)時(shí)性，對(duì)于 動(dòng)力傳動(dòng)一體化控制這種數(shù)據(jù)通信種類多、 數(shù)據(jù)量大、 實(shí)時(shí)性要求較高、 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)少的系統(tǒng)， 1553B 總線比現(xiàn)有的絕大多數(shù)總線具有更多的性能優(yōu)勢(shì)。1553B 總線在武器通信系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)一般有以下幾條：一是

13、總線接口硬件和軟件設(shè)計(jì)。 采用接口卡或接口控制器形式與武器各子系統(tǒng)的硬件連 接。同時(shí)， 需要編寫相應(yīng)的通信控制軟件，包括傳輸層軟件和驅(qū)動(dòng)層軟件， 通過(guò)信息和資源 的共享，按照武器的作戰(zhàn)目標(biāo)，在應(yīng)用層上真正實(shí)現(xiàn)功能的綜合。二是接口控制文件( Interface Control Document 縮寫 ICD)。 ICD 由通過(guò) 1553B 數(shù)據(jù)總 線在武器各電子設(shè)備之間互聯(lián)的接口信號(hào)組成。 根據(jù)武器的控制策略和控制目標(biāo)， 必須編寫 符合要求的 ICD文件， 確定總線上傳輸?shù)闹芷谛詳?shù)據(jù)和隨機(jī)數(shù)據(jù)。只有這樣才能確定數(shù)據(jù)流之間的相互關(guān)系，高效率的實(shí)現(xiàn)功能的綜合，有效提升武器的作戰(zhàn)性能。三是總線表。 總

14、線表是指一個(gè)周期內(nèi)所有可能傳輸?shù)目偩€命令集。 根據(jù)武器平臺(tái)的控制 要求， 確定一個(gè)周期內(nèi)傳輸?shù)拿詈拖㈥?duì)列， 按照大小周期劃分時(shí)間片， 對(duì)消息隊(duì)列進(jìn)行 排序和優(yōu)化，使總線負(fù)載達(dá)到平衡，提高總線的利用率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。五、1553B 總線的優(yōu)點(diǎn)1、線性局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得 1553B 總線成為航空系統(tǒng)或地面車輛系統(tǒng) 中分布式設(shè)備的理想連接方式。與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 相比，它減少了所需電纜、所需空間和系統(tǒng) 的重量。便于維護(hù)，易于增加或刪除節(jié)點(diǎn)，提高設(shè)計(jì)靈活性。2、冗余容錯(cuò)能力 由于其固有的雙通道設(shè)計(jì)， 1553B 總線通過(guò)在兩個(gè)通道間自動(dòng)切換來(lái) 獲得冗余容錯(cuò)能力，提高可靠性。通道的自動(dòng)切

15、換對(duì)軟件透明。3、支持 “啞”節(jié)點(diǎn)和 “智能”節(jié)點(diǎn) 1553B 總線支持非智能的遠(yuǎn)程終端。這種遠(yuǎn)程終端提供 與傳感器和激勵(lì)器的連接接口。十分適合智能中央處理模塊和分布式從屬設(shè)備的連接。4、高水平的電器保障性能 由于采用了電氣屏蔽和總線耦合方式， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠安全 地與網(wǎng)絡(luò)隔離；減少了潛在的損壞計(jì)算機(jī)等設(shè)備的可能性。5、良好的器件可用性 1553B 總線器件的制造工藝滿足了大范圍溫度變化以及軍標(biāo)的要 求。器件的商品化使得 1553B 總線得以廣泛地應(yīng)用在苛刻環(huán)境的項(xiàng)目當(dāng)中。6、保證了的實(shí)時(shí)可確定性 1553B 總線的命令 /響應(yīng)的協(xié)議方式保證了實(shí)時(shí)的可確定性。 這可能是大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)使

16、命關(guān)鍵系統(tǒng)中選擇 1553B 總線的最主要的原因。六、1553B 技術(shù)發(fā)展情況MIL-STD-1553B總線具有高速、靈活的特點(diǎn)，通信效率高，修改、擴(kuò)充和維護(hù)簡(jiǎn)便。下 面列舉一些數(shù)據(jù)： MIL-STD-1553B 是數(shù)字命令 /響應(yīng)式時(shí)分制多路傳輸數(shù)據(jù)總線，傳輸速率 1M 比特 /秒，足以滿足第三代作戰(zhàn)飛機(jī)的要求； 字長(zhǎng)度 20 比特， 數(shù)據(jù)有效長(zhǎng)度 16 比特； 半雙工傳輸方式，雙冗余故障容錯(cuò)方式，傳輸媒介為屏蔽雙絞線。1553B 總線的冗余度設(shè)計(jì)，提高了子系統(tǒng)和全系統(tǒng)的可靠性?？偩€本身（包括總線控制器、雙絞線、偶合器等）平 均無(wú)故障工作時(shí)間超過(guò) 10,000 小時(shí)，在全系統(tǒng)中基本可忽略其故

17、障率，比殲-8原有聯(lián)結(jié)方式好得多。 同時(shí)可以省去殲 -8設(shè)備間復(fù)雜繁瑣的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)結(jié)， 僅此一項(xiàng)可令全電子系統(tǒng) 的重量減輕約 5，并節(jié)省空間、功耗。數(shù)字傳輸方式與傳統(tǒng)的模電方式相比，速度更快、 反應(yīng)時(shí)間更短、 保密性更好、抗干擾能力更強(qiáng)，能充分發(fā)揮火控設(shè)備性能。 字差錯(cuò)率小于千 萬(wàn)分之一。 在后勤維護(hù)方面，標(biāo)準(zhǔn)的接口、插卡非常容易拆卸，可以方便的通過(guò)數(shù)字式工具 進(jìn)行測(cè)試 /虛擬。經(jīng)測(cè)試僅地面測(cè)試一項(xiàng)，就可比以往減少 30% 的維護(hù)工時(shí)。 1553B 協(xié)議 最初是為空軍設(shè)計(jì)的，隨著 1553B 總線的優(yōu)越性的不斷體現(xiàn)和武器裝備的升級(jí)換代， 1553B 協(xié)議已應(yīng)用到各個(gè)兵種，在陸軍和海軍的武器和維護(hù)系統(tǒng)中已開始采用1553B 總線。 隨著國(guó)防現(xiàn)代化的建設(shè)和武器系統(tǒng)的升級(jí)換代，我軍也開始將 1553B 協(xié)議大量的應(yīng)用到武器系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。 京芯微是專業(yè)的電子器件代理分銷商，我們專注于高品質(zhì)電子器件供應(yīng)及增值應(yīng)用服 務(wù)。憑借嚴(yán)格的品質(zhì)管理，優(yōu)質(zhì)的客戶服務(wù)，為測(cè)試、測(cè)量、通信、航空航天等領(lǐng)域的 廣大客戶提供不同類型的配套供應(yīng)和輔助選型服務(wù)。我們的產(chǎn)品種類包括各種