CN103346931B - 一种1553b总线监听系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种1553B总线监听系统，包括1553B总线隔离变压器、1553B总线收发器和可编程逻辑器件；1553B总线经1553B总线隔离变压器和1553B总线收发器后，输出一对逻辑互补的数字信号；可编程逻辑器件对输入的数字信号进行滤波整形、码流提取和协议解析处理，并将提取的1553B总线‘字’信息和时间戳信息经PCI总线接口写入计算机内存。对于正常的1553B总线传输，所述监听系统能监听并记录总线上传输的所有命令字、控制字和数据字信息以及相邻字的间隔时间信息。对于异常的1553B总线传输，所述监听系统能监听并记录发生总线传输异常时总线错误类型，错误发生时刻点以及错误发生时已记录的位信息。

Description

一种1553B总线监听系统

技术领域

本发明属于通讯领域，涉及一种1553B总线监听系统。

背景技术

1553B总线具备可靠性高、实时性好和易于扩展等优点，在航空航天领域得到了广泛的应用。通过对1553B总线信号进行监听和记录，能有效地提高系统故障诊断的效率。

目前1553B总线监听主要采用基于通用1553B总线控制器芯片（如DDC公司的BU-61580系列器件）的技术实现方案。总线控制器芯片完成1553B总线传输层协议解析，并向监听设备CPU提供解析数据。由于受该类控制器芯片功能的限制，依靠控制器芯片提供的解析数据无法完整再现1553B总线的全部通信活动。对于正常的总线传输，该类监听设备无法提供总线帧传输中命令字、控制字和数据字的间隔时间信息。对于异常的总线传输，该类监听设备无法提供详细的错误信息，如发生传输异常时错误类型（同步头错误、曼彻斯特编码错误、校验错误和响应超时）、错误发生时刻点以及错误发生时已记录的位信息等。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种1553B总线监听系统，应用单片可编程逻辑芯片实现在1553B总线协议层以命令字、数据字和状态字为基本单位对总线进行完整监听。

本发明的技术方案是：一种1553B总线监听系统，包括1553B总线隔离变压器、1553B总线收发器和可编程逻辑器件；1553B总线信号经1553B总线隔离变压器进行信号隔离处理后送至1553B总线收发器；1553B总线收发器对隔离后的总线信号进行双门限电压比较处理，输出一对逻辑互补的数字信号至可编程逻辑器件；可编程逻辑器件对输入的数字信号进行滤波整形、码流提取和协议解析处理获得1553B总线‘字’信息和时间戳信息，并将提取的1553B总线‘字’信息和时间戳信息经PCI总线接口写入计算机内存。

所述的可编程逻辑器件包括总线信号同步和滤波逻辑单元、总线信号脉冲修剪整形逻辑单元、1553B位流处理控制逻辑单元、1553B总线解析信息缓存单元、精度可调时间戳产生逻辑单元和PCI主设备接口逻辑单元；

所述总线信号同步和滤波逻辑单元接收1553B总线收发器发送的一对逻辑互补的数字信号，进行信号同步和滤波处理，并将处理后的结果送至总线信号脉冲修剪整形逻辑单元；

所述总线信号脉冲修剪整形逻辑单元接收经总线信号同步和滤波逻辑单元处理输出的信号，对该数字信号的过零时间段进行修剪，使过零时间段大于两个系统时钟周期，并将修剪后的结果送至1553B位流处理控制逻辑单元；

所述1553B位流处理控制逻辑单元接收经总线信号脉冲修剪整形逻辑单元修剪后的信号，对于信号中有效1553B字，提取并记录同步头类型、16位数据和当前字与前一字的间隔时间；对于信号中无效的1553B字，提取并记录错误类型、已记录除同步头和校验位外的位数据信息长度、已记录位信息；所述的错误类型包括同步头错误、编码错误和校验错误；

所述总线信息解析缓存逻辑单元以32位为基本记录单元，对1553B位流处理控制逻辑单元解析输出的1553B‘字’信息打包形成总线监听信息并缓存；

所述精度可调时间戳产生逻辑单元产生时间戳信息，包括小时、分钟、秒和毫秒信息；

所述PCI总线接口逻辑单元以DMA方式主动将总线信息解析缓存逻辑单元输出的总线监听信息和精度可调时间戳产生逻辑单元输出的时间戳信息交叉写入内存，PCI主设备以环形缓存机制管理内存。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)所述1553B总线监听系统能实现对1553B总线通信信息进行更全面和完整的记录。对于一条有效的1553B‘字’，所述1553B监听系统除记录同步头类型和16比特数据外，还记录总线通道标识以及该总线字与前一个总线字的间隔时间信息；对于一条无效的1553B‘字’，所述1553B监听系统记录错误类型信息、当前错误的1553总线‘字’与前一个总线字的间隔时间信息以及在检测到总线错误前已采样的1553B总线‘字’位信息。

(2)1553B监听系统实现对记录的1553B总线‘字’信息打时间戳功能，提供的时间戳信息包括小时、分钟、秒和毫秒信息。根据时间戳信息，可以准确确定1553B总线‘字’的传输时刻，方便监听信息检索与使用。

(3)1553B监听系统对1553B总线信息的提取、解析以及记录操作均由可编程逻辑器件的硬件逻辑实现，不占用计算机软件开销，能实现1553B总线信息监听操作的实时性。

(4)1553B监听系统使用单片可编程逻辑器件实现1553B总线监听功能以及PCI主设备通信功能，集成度高，具备低成本优势。

附图说明

图1为本发明1553B总线监听系统组成示意图；

图2为可编程逻辑器件逻辑结构示意图。

具体实施方式

图1为1553B总线监听系统组成，该电路主要由1553B总线隔离变压器、1553B总线收发器和单片可编程逻辑器件组成。

图2为图1中可编程逻辑器件的逻辑结构框图。该可编程逻辑器件实现逻辑由总线信号同步和滤波逻辑、总线信号脉冲修剪整形逻辑、1553B位流处理控制逻辑、总线解析信息缓存、时间戳产生逻辑以及PCI总线接口控制器逻辑组成。

PCI主设备接口逻辑以DMA方式将监听的1553B总线信息和时间戳信息顺序写入监听设备内存。PCI主设备接口以环形缓存方式管理内存。PCI主设备接口提供中断功能和查询接口，方便监听设备CPU管理内存数据更新。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

1553B总线信号经隔离变压器和总线收发器处理后，输出一对逻辑互补的数字信号。可编程逻辑器件完成数字信号滤波整形、协议解析、时间戳产生与PCI总线接口。

具体实施步骤如下：

（1）1553B总线信号同步和滤波逻辑

将监听的1553B总线信号同步至本地时钟域，并将同步处理后的1553B总线信号进行滤波处理。

1553B总线收发器输出的差分信号各自相邻的脉冲之间最小间隔为0.35us。本逻辑将间隔小于0.25us的脉冲合并，提高抗干扰能力。

（2）总线信号脉冲修剪整形逻辑

1553B总线协议规定终端设备输出信号的上升和下降时间（从峰峰值的10%至峰峰值的90%）在100ns和300ns之间。视实际信号峰峰值的不同和畸变因素的影响，差分信号的间隙时间也会有较大的不同。总线信号脉冲修剪整形逻辑对差分信号对的过零时间进行适当的修剪，保证间隙时间大于2个系统时钟周期，便于后续逻辑处理。

（3）位流处理控制逻辑

位流处理控制逻辑实现1553B总线位流信息提供功能。1553B通道监听信息可分为两大类，有效的1553B字和无效的1553B字。对于有效1553B字，记录同步头类型、16位数据和当前字与前一字的间隔时间。同步头类型用于区分当前字属于数据字类型，还是属于命令字或状态字类型。此外，通过记录当前字与前一字的间隔，结合已记录的其它字信息，可确定出当前字的具体类型，并能构造出总线所传递的消息。

对于无效的1553B字，记录错误类型（包括同步头错误、编码错误和校验错误三种），已记录位数据信息长度（除同步头和校验位外）和已记录位信息。

（4）总线信息解析缓存逻辑

以32位为基本记录单元，实现对1553B总线‘字’信息按固定数据格式打包并缓存。所述的1553B总线‘字’信息包括从有效1553B字中提取的同步头类型、16位数据和当前字与前一字的间隔时间，以及从无效1553B字中提取的错误类型、已记录除同步头和校验位外的位数据信息长度、已记录位信息。

（5）时间戳产生逻辑

时间戳产生逻辑实现打时间戳功能，时间戳精度为1毫秒，时间戳记录间隔可配置，配置范围为1毫秒～1秒。本模块可实现时间戳对时功能，提供的时间戳信息包括小时、分钟、秒和毫秒信息。

（6）PCI总线接口逻辑

PCI总线接口逻辑包括PCI从设备控制逻辑和PCI主设备控制逻辑。PCI从设备控制逻辑除完成上电设备枚举外，负责接收计算机发出配置命令，主要包括环形缓存的首末地址、总线监听使能控制、时间戳精度等配置参数，另外，主机通过PCI从设备接口读取环形缓存的写入状态信息。

PCI主设备控制逻辑以DMA方式主动将总线监听信息和时间戳交叉写入内存，PCI主设备以环形缓存机制管理内存。

对于一条有效的1553B数据字、命令字和状态字，写入内存的信息包括总线通道标识、字有效标识、字类型信息（区分本条总线字是否属于数据字）、该总线字对应的16比特数据以及该总线字与前一个总线字的间隔时间。

对于一条无效的1553B数据字、命令字和状态字，写入内存的信息均包括总线通道标识、字无效标识和错误类型（区分同步头错误、编码错误和校验错误类型）。对于存在同步头错误的总线字，写入信息还包括该条总线字与前一个总线字的间隔时间信息。

对于存在编码错误或校验错误的总线字，写入信息还包括错误类型信息、同步头类型信息、已接收无误的位个数信息和各比特位数值信息。

对于一条时间戳信息，写入内存的信息包括时间戳标识、小时段标识、分钟段标识、秒段标识和毫秒段标识。

此外，PCI接口逻辑还实现PCI中断功能，当发生环形缓存写入事件后，PCI接口逻辑延时预定时间后产生中断，通知计算机及时将环形缓存内数据读出。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种1553B总线监听系统，其特征在于：包括1553B总线隔离变压器、1553B总线收发器和可编程逻辑器件；1553B总线信号经1553B总线隔离变压器进行信号隔离处理后送至1553B总线收发器；1553B总线收发器对隔离后的总线信号进行双门限电压比较处理，输出一对逻辑互补的数字信号至可编程逻辑器件；可编程逻辑器件对输入的数字信号进行滤波整形、码流提取和协议解析处理获得1553B总线‘字’信息和时间戳信息，并将提取的1553B总线‘字’信息和时间戳信息经PCI总线接口写入计算机内存；

所述的可编程逻辑器件包括总线信号同步和滤波逻辑单元、总线信号脉冲修剪整形逻辑单元、1553B位流处理控制逻辑单元、1553B总线解析信息缓存单元、精度可调时间戳产生逻辑单元和PCI主设备接口逻辑单元；

所述总线信号同步和滤波逻辑单元接收1553B总线收发器发送的一对逻辑互补的数字信号，进行信号同步和滤波处理，并将处理后的结果送至总线信号脉冲修剪整形逻辑单元；

所述总线信号脉冲修剪整形逻辑单元接收经总线信号同步和滤波逻辑单元处理输出的信号，对该数字信号的过零时间段进行修剪，使过零时间段大于两个系统时钟周期，并将修剪后的结果送至1553B位流处理控制逻辑单元；

所述1553B位流处理控制逻辑单元接收经总线信号脉冲修剪整形逻辑单元修剪后的信号，对于信号中有效1553B字，提取并记录同步头类型、16位数据和当前字与前一字的间隔时间；对于信号中无效的1553B字，提取并记录错误类型、已记录除同步头和校验位外的位数据信息长度、已记录位信息；所述的错误类型包括同步头错误、编码错误和校验错误；

所述1553B总线解析信息缓存单元以32位为基本记录单元，对1553B位流处理控制逻辑单元解析输出的1553B‘字’信息打包形成总线监听信息并缓存；

所述精度可调时间戳产生逻辑单元产生时间戳信息，包括小时、分钟、秒和毫秒信息；

所述PCI主设备接口逻辑单元以DMA方式主动将1553B总线解析信息缓存单元输出的总线监听信息和精度可调时间戳产生逻辑单元输出的时间戳信息交叉写入内存，PCI主设备以环形缓存机制管理内存。