《飞机内部时分制指令响应多路传输数据总线》由会员分享，可在线阅读，更多相关《飞机内部时分制指令响应多路传输数据总线（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院11. 论文选题依据MIL-STD-1553B12是一种美国军用标准的串行通信总线，全称是“飞机内部时分制指令/响应多路传输数据总线” ，它是航空电子系统中一种重要的总线标准，用以进行飞行器内部各种部件的相互通信。这个标准规定了数字式的命令/响应时分制多路数据总线的技术要求，也规定了多路总线的操作方式和总线上信息流的格式以及电气要求。由于 1553B 在传输可靠性方面具有明显的优势，能够很好地应对各种对可靠性要求极高的恶劣现场环境，而在飞机、导弹、卫星以及国际空间站等航空航天领域被广泛采用。目前 1553B 总线模块已经成为实现航天电子综合化系统中的关键
2、部件，实现总线上各部分的信息综合、资源共享、任务协调和容错重构等功能。在我军的空对空导弹测试系统中，1553B 总线属于应用较多的总线之一。以此，研发通用的 1553B 总线通信板卡、将其应用于各种空对空导弹测试系统，在节约成本的同时也便于维护，有较高的实用价值。本论文针对空空导弹研究院的某工程项目：车载传递对准试验系统，结合项目中对 1553B 总线的具体需求研发 1553B 总线通信板卡。车载传递对准试验系统模拟火控系统来对惯导系统各部分组件的工作性能和电气性能进行测试，协助完成惯导系统性能的全面测试和分析。惯导组件是导弹的重要组成部件之一，它们将各种外来激励和时序关系进行数据融合和分析处
3、理，将结果输出给各个外围组件，构成一个闭环系统。所以它是导弹能否实现锁定目标并最终摧毁目标的关键。在导弹设计的过程中，验证惯导组件功能的完整性和高可靠性有重要的意义。车载传递对准试验系统主要由 5 个部分组成：总控系统、火控模拟系统、数据采集和存储系统、高精度 GPS 定姿系统和气压高度表。系统总体功能组成结构见图 1。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院2火控模拟 系统总控 系统IO信号数据采集 系统网络主惯导 INSDUT 飞控系统GPS气压高 度表BMK通道时统信号专用并口RS232422同步脉冲1PPS429/1553B429/1553B图 1. 车载传递对准试验系统结构简图如图，
4、在车载传递对准试验系统中，被测飞控系统和主惯导均通过 1553B 总线、429 总线及 BMK 通道与火控模拟系统和数据采集系统相连接。实际上，在很多类似的空空导弹测试系统中，都要用到 MIT-STD-1553B 总线。如果在些项目中使用自主研发的1553B 通信卡，能够进一步提高总线的可靠性及专用性、降低整个系统的成本，同时也便于后期的维护。PCI Express 总线3，简称 PCIE 或 PCI-Ex，是 PC 内部互连总线的一种，它沿用了现有的 PCI 编程概念及通讯标准，但与之不同的是它是基于更快的串行通信系统。英特尔是该接口的主要支持者。目前，PCIE 主要应用于计算机内部互连，与
5、 AGP、PCI等总线共存与 PC 机中。但由于 PCIE 是由现有 PCI 系统发展而来，且拥有更快的数据传输速率，几乎可以取代所有的现存 PC 内部总线（包括 AGP 和 PCI） 。业界普遍认为PCIE 总线将成为 PC 机中最通用的总线。英特尔公司也希望将来能用一个 PCIE 控制器和所有外部设备交流，以取代现有的南桥/北桥方案。随着 PCIE2.0 规范及 PCIE3.0规范的推出，其向工控领域及仪器仪表领域进军的脚步越来越快，有的厂商已经推出了 PCIE 的工控机箱。由此可见，基于 PCIE 总线的通信板卡将有广泛的应用前景，有一定的研究价值。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学
6、院32. 论文研究方案2.1 研究目标及研究内容研究目标及研究内容2.1.1 车载传递对准试验车载传递对准试验系统概述及组成系统概述及组成车载传递对准试验系统用于检测惯导系统在车载动态环境下机械接口、电气匹配、惯导算法、实时软件和试验数据采集与处理系统的正确性，主要实现以下功能：a.监控车载传递对准试验系统中子系统的各种状态；b. 提供高精度 GPS 位置、速度、姿态信息；c.提供气压高度、飞行速度等信息；d. 完成惯导系统所需有关的飞行任务计算、装订和实时显示等；e.实时采集并记录主惯导、GPS、捷联惯导、气压高度表的信息，完成所记录信息的实时解码、时统、显示和图形处理；f.能在室外环境及二
7、级以上路面震动环境下使用。该系统的硬件平台基于两个操作台式控制机柜：总控机柜和数据采集机柜。两个机柜都以 PXI 计算机为核心，并根据不同的测试任务配以相应的测试板卡。两台计算机之间通过高速以太网进行连接，同时有精确的时钟同步信号对两台计算机的动作进行同步，以保证二者的本地时钟达到高精度的同步。系统的总体结构框图如图 2 所示：总总控控机机柜柜显示器键盘/鼠标供电与电 源监控主惯导 火控接口火控飞控舱 接口产品电源 接口429/1553B429/1553BRS422导引头专用并口产品/设备电源DUT 飞控INS 主惯导数数据据采采集集机机柜柜火控模拟 PXI计算机数据采集PXI计算机GPS 系
8、统显示器键盘/鼠标RS232气压高度 表系统BMK时钟同步信号网络BMKGPS接口GPS 天线422面板指示灯操作开关产品电 源系统电源 接口车载交 流供电220V220V模块 电源DC测试 接口429/1553B测试 装置北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院4图 2. 车载传递对准试验系统总体结构框图总控计算机是整个车载传递对准试验系统的控制中心，它向系统中的其它设备下发命令。测试任务的发起、终止、产品的加电和实时状态的监控也都是由总控计算机控制的。数据采集系统系统负责采集遥测信号并进行数据解算，然后为被测惯导系统的评估提供信息。数采计算机还要接收总控计算机发来的时统信号，从而与总控计算
9、机进行精确的时间同步。高精度 GPS 提供高精度的位置、速度和姿态信息。GPS 接收到的信号通过 RS232总线连接到总控计算机。气压高度表有两个部分：静压部分为主惯导提供高度方向的阻尼信息，动压部分提供速度信息。气压高度表的输出信息也是通过 RS232 总线连接到总控计算机。由于 GPS 与气压高度表的功能相对独立，考虑到传递对准试验系统的完整性与便于操作性，将其统一安装到总控部分。整个试验系统与被测设备（包括飞控系统和主惯导等）的电气接口以及被测设备的供电控制等，都从总控机柜和数据采集机柜中引出。2.1.2 车载传递对准试验系统车载传递对准试验系统中的中的 1553B 总线总线车载传递对准
10、试验系统中，要求提供四个 1553B 总线接口，并且每个接口均要有双冗余备份。车载传递对准试验系统与被测产品共同构成了一个完整的 1553B 总线通信系统，主要包括四个部分 45：总线传输介质（包括总线电缆、总线耦合器和终端匹配电阻等） 、总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(MT)。在本系统中，要求提供的 1553B 总线通信卡可以工作在 BC、RT 或者 MT 三种模式的任一模式下。这三种模式实现的功能分别如下：(1) 总线控制器(BC)总线控制器 BC 是 1553B 总线上必不可少的重要组成部分6。在 MIL-STD-1553B总线协议中只规定了送到总线上的命令，而对总线控
11、制器内部如何工作没有做出规定。通常，BC 的结构有三种类型：字控制器(Word Controller)、消息控制器(Message Controller)和帧控制器(Frame Controller)。按其功能划分，又可分为标准模式和增强型模式两种。北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院5(2) 远程终端(RT)远程终端 RT 在 1553B 系统中的功能是用来接收来自总线控制器的命令。RT 具有一个接口模块，负责总线和子系统之间的数据传输。RT 在应用中有两种情况：嵌入式子系统和非嵌入式子系统，现今的大多数 RT 都实现了嵌入式子系统，以此来提高系统的总体性能。RT 一般由总线收发器、编码
12、/译码器、协议控制器、数据存储器以及子系统接口等组成。在上图中的双冗余系统中，RT 需要两套收发器和编码/译码器。在功能上，RT 除了可以寻址存储器、实现数据共享之外，还必须能够缓冲有用的数据、检测传输错误、验证数据合法性和报告传输状态。在双冗余系统中，RT 还必须能够同时接收和处理两条总线上的数据和命令。(3) 总线监视器(MT)总线监视器 MT 是指能够监听和记录总线上传输的命令和数据的终端，它受 BC的控制，不参与任何总线传输。MT 有两种工作方式：一种是字监听模式，它监视记录总线上所有的消息字；另一种是选择监听模式，只对指定的 RT 地址或者指定的命令字进行监听、记录。2.2 拟解决的
13、关键问题及难点拟解决的关键问题及难点本试验系统中的设备主要在车载动态环境下使用，整个测试系统需要保证能在室外环境及车载动态环境（二级以上路面）中安全地完成系统规定的各项测试任务。所以在设计板卡时，要注意板卡防震防尘的设计。同时，由于在车载环境中都是由 24V直流蓄电池来供电，为了尽量延长整个系统的工作时间，必须考虑系统中的全部设备包括 1553B 板卡的功耗89。如何达到上述目的，即如何实现抗震防尘及低功耗成为课题中的关键问题之一。为了保证数据传输的高可靠性和高稳定性，MIT-STD-1553B 协议从机械结构、电气规格到传输协议、差错控制等方面都做出了相应的要求，所以 1553B 协议从整体
14、上看较为复杂10。为了缩短开发周期、提高板卡的稳定性，在设计 1553B 总线通信板卡时，选用了专用的协议芯片 BU-61580 来实现 1553B 协议1112。BU-61580 是美国DDC 公司生产的众多先进的通信驱动器产品之一，实现了从微处理器到 MIL-STD-1553B 协议的转换。它具有灵活的处理器/存储器接口、帧定时自动重复传输、自动重试总线控制以及可靠性高、可灵活编程控制等特点，能满足各类应用环境的要求。BU-北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院661580 功能强大，可通过软件上的编程控制来使其成为 BC、RT、MT 或 RT/MT 兼容模式。为了增加芯片的应用范围，6
15、1580 芯片提供了多种 CPU 接口及内部 RAM 共享模式。因此在板卡设计前，要结合实际的需求来确定具体的 CPU 接口类型，在设计板卡时对芯片的特殊管脚进行相应的设置。BU-61580 的初始化和使用也比较复杂，仅其内部常用的寄存器就有将近 20 个。在不同的工作模式下，芯片内部容量为 4K 的 RAM也有不同的组织方式。所以在使用 BU-61580 时，需要认真摸索、仔细总结，才能充分利用芯片的强大功能。2.3 拟采用的研究方法、技术路线、实验方案及预期的新意拟采用的研究方法、技术路线、实验方案及预期的新意/创新创新2.3.1 系统硬件平台的构建系统硬件平台的构建为了适应车载的动态环境
16、，达到防尘、抗震的目的，在搭建系统时采取小型化、模块化设计思想，具体方法包括：a.火控模拟计算机和数据采集计算机均采用性能优异、抗震性好的 PXI 机箱。这类机箱进行了强化设计，增强了机械强度，可用于比较恶劣的工作环境中。b. 把 CPCI 相关功能板卡的信号隔离调理部分设计集成到板卡本身，避免过多的外部调理模块或板卡，使系统更为紧凑，如一次性指令卡、BMK 卡等。c.将调理板 I、调理板 II 以及辅助电源模块设计成 CPCI 插卡形式，安装于火控模拟 14 槽 PXI 机箱中，利用了 PXI 机箱本身的抗震性和模块化的特点，增强系统的可靠性。d. 系统除 GPS 和气压高度表需要外部安装外，没有其它调理模块再安装在机柜中，使系统更为简洁。e.将所有设备接口划分为侧面接口板 I、侧面接口板 II 和前面接口板三个组成部分和一个按钮指示灯面板，增强了系统的模块化，便于安装、调试与维修。f.试验系统均采用航空级接插件，以增强系统的抗震性和可靠性，有利于在实现系统模块化的同时而又不会失去稳定性。2.3.2 1553B 总线通信板卡的设计总
