CN106506308A - 一种基于时间同步的航天器1553b总线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统，一个时间同步周期划分成多个等长时间的通信帧，通信帧结构符合1553B总线消息格式，通信帧中预先划分出设定长度的时隙，通信帧中所包含的信息包括帧同步信息和待传递消息队列；待传递消息队列中每一条待传递消息均包含RT地址、RT子地址、数据长度、传输方向以及待传递数据；所述帧同步信息包含帧号，所述传输方向包括BC端至RT端以及RT端至BC端；所述待传递数据包括BC端待传递数据和RT端待传递数据；该通信系统包括时间分发模块、置数取数模块以及通信同步模块；在1553B总线的总线控制器BC端以及远程终端RT端均设置所述通信系统；该系统解决了通信冲突，大幅度提高总线带宽利用率。

Description

一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统

技术领域

本发明属于航天器总线通信技术领域，具体涉及一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统。

背景技术

MIL-STD-1553B(简称1553B)是一种数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线，其规定的物理层和链路层协议能够满足构造最大64byte的消息交互能力的星载数据总线系统。但是，现有航天器1553B通信系统，没有规定更大数据结构的处理方法和复杂数据流控制方法来支持更高层的通信和同步服务。传统航天器，星载软件应用程序一般直接操作总线控制芯片，每次通信发起后，处理器都需等待，直到本次总线通信结束。这种方式虽然解决了总线同时访问冲突问题，但是严重制约了对1553B总线的带宽利用，无法满足新一代卫星对总线带宽的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统，解决了通信冲突，大幅度提高总线带宽利用率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统，一个时间同步周期划分成多个等长时间的通信帧，通信帧结构符合1553B总线消息格式，通信帧中预先划分出设定长度的时隙，通信帧中所包含的信息包括帧同步信息和待传递消息队列；待传递消息队列中每一条待传递消息均包含RT地址、RT子地址、数据长度、传输方向以及待传递数据；帧同步信息包含帧号，传输方向包括BC端至RT端以及RT端至BC端；待传递数据包括BC端待传递数据和RT端待传递数据。

该通信系统包括时间分发模块、置数取数模块以及通信同步模块；在1553B总线的总线控制器BC端以及远程终端RT端均设置通信系统。

其中设置于BC端的通信系统中各模块具体为：

通信同步模块在每个时间同步周期内根据预先划分的时隙向RT端广播相应通信帧中的帧同步信息，并在每个帧同步信息后将其对应的待传递消息依据其RT地址以及传输方向进行如下处理：当传输方向为BC端到RT端时，通信同步模块将BC端待传递消息传输至该消息对应的RT端；当传输方向为RT端到BC端时，通信同步模块找到待传递消息中记载的RT地址以及RT子地址对应的RT端，从该RT端的对应RT子地址中获取RT端传递数据。

时间分发模块实时获取BC端当前时间，将当前时间、时间广播地址、时间广播子地址、数据长度、传输方向以及当前时间组成时间消息，在每个时间同步周期内根据需求选取一个通信帧，在该选取的通信帧中的其中一个时隙内插入时间消息，由通信同步模块在当前时隙内将时间消息广播至所有RT端对应的时间广播子地址。

置数取数模块实现置数过程和取数过程；置数过程为：该置数取数模块根据帧同步信息在通信帧传递之前，将BC端待传递数据置入相应时隙的待传递消息中；取数过程为：该置数取数模块根据帧同步信息在通信帧传递之后，从已传递的通信帧中取出RT端待传递数据。

设置于RT端的通信系统各模块具体为：

通信同步模块在每个时间同步周期内根据预先划分的时隙接收BC端广播的帧同步信息。

时间分发模块由时间广播子地址中获取时间消息，并进行时间同步设置。

置数取数模块实现置数过程和取数过程。

置数过程为：该置数取数模块根据帧同步信息在通信帧传递之后，从中获取BC端待传递数据；取数过程为：该置数取数模块根据帧同步信息在通信帧传递之前，将RT端待传递数据放入预设定的RT子地址中。

进一步地，还包括数据块传输模块；

当通信系统设置于BC端时：

数据块传输模块包括数据块分发过程和数据块获取过程，其中数据块分发过程为：

对数据块传输模块进行初始化：首先组建数据块分发描述符DTD，DTD中包括BC端待传递数据长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及分发块计数；其中服务质量标识用于标识DTD是否要求回复，复位标识用于标识是否进行初始化，传输模式标识用于标识BC端待传递数据对RT子地址的使用方式，分发块计数用于标识BC端待传递数据是否已传输过；设定BC端待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化；将DTD放入当前通信帧的空闲时隙中，由通信同步模块进行处理，等待1个通信帧之后，从RT端设定的DTC的RT子地址中获取分发确认符DTC，DTC包括BC端待传递数据长度、错误标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及分发块计数，其中错误标识用于标识DTD是否出现1553B协议的校验错误，若DTC中的复位标识为进行初始化，则初始化成功。

初始化成功后，数据块传输模块接收外部输入的BC端待传递数据，组织数据块分发描述符DTD，将BC端待传递数据和DTD放入当前通信帧的未被占用的时隙中。

数据块获取过程为：

对数据块传输模块进行初始化：数据块传输模块监听RT端中设定ATR的RT子地址处的数据块获取请求ATR，ATR中包含RT端待传递数据长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址、获取块计数；获取块计数用于标识该RT端待传递数据是否已传输过；其中若RT端待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化，则组建获取传输确认符ATC，ATC中包含RT端待传递数据的长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及获取块计数；其中复位标识置为初始化成功，传输长度置为0，获取块计数置为0；将ATC放入到当前通信帧的未被占用的时隙中，由通信同步模块进行处理。

初始化成功后，数据块传输模块监听RT端中设定ATR的RT子地址的数据块获取请求ATR，其中若RT端待传递数据长度不为0，复位标识为初始化完成，且获取块计数表明该RT端待传递数据未被传输过，则数据块传输模块根据ATR中的RT子地址和RT端传递数据长度，将RT端传递数据从RT端设定的RT子地址取出插入通信帧的空闲时隙中，由通信同步模块进行处理。

当通信系统设置于RT端时：

数据块传输模块包括数据块分发过程和数据块获取过程，其中数据块分发过程为：

对数据块传输模块进行初始化：数据块传输模块监听DTD，其中若DTD中待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化；则组建分发确认符DTC，将DTC置入设定的RT子地址中。

初始化完成之后，数据块传输模块监听DTD，若其中的待传递数据长度不为0，复位标识为初始化已完成，且分发块计数为BC端待传递数据未传输过，则数据块传输模块根据DTD中的RT子地址以及待传递数据长度，从对应RT子地址中取出对应长度的数据，并组建分发确认符DTC，将DTC置入设定的RT子地址中。

数据块获取过程中：

对数据块传输模块进行初始化：组建ATR，设定其中待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化；将ATR放入预设RT子地址，等待1个通信帧之后，数据块传输模块从RT端设定的RT子地址读取获取传输确认符ATC，若ATC中的复位标识为初始化成功，则初始化成功。

初始化成功后，数据块传输模块接收外部输入的RT端待传递数据，组建ATR，将RT端待传递数据和ATR放入预设的RT子地址中。

进一步地，还包括终端管理模块；

当通信系统设置于BC端时：终端管理模块分为总线监视子模块和RT状态监视子模块。

总线监视子模块通过置数与取数模块将当前通信帧对应帧号置入当前通信帧中的未占用时隙中，该未占用时隙中包含两条待传递关消息，分别为帧号发送消息和帧号获取消息，其中帧号发送消息的传输方向为BC端到RT端，帧号获取消息的传输方向为RT端到BC端；由通信同步模块进行处理，处理至该未占用时隙时，帧号发送消息将帧号置于RT端的预设RT子地址中，帧号获取消息由RT端的预设RT子地址中获取帧号，总线监视子模块判断帧号发送消息和帧号获取消息中的帧号是否一致，若一致则不做处理，若不一致则将BC端的通信同步模块与RT端的通信同步模块使用的总线切换到另外一条总线。

RT状态监视子模块定期从预设的健康状态RT子地址处获取健康状态信息。

当通信系统设置于RT端时：终端管理模块仅包括RT状态监视子模块；RT状态监视子模块定期将自身健康状态信息置入预设的健康状态RT子地址。

有益效果：

(1)本发明中的通信帧同步方式，统一对消息队列进行管理，避免了对总线使用的冲突，同时由于置数/取数服务和数据块服务中的数据准备过程与通信帧同步过程分开，使得总线通信过程可以与BC端软件过程并行运行，从而大幅度提高了总线带宽利用率，1553B总线传输效率由200kbps提高到512kbps以上

(2)本发明中的时间同步周期内各通信帧占用时间等长，且每次时间同步周期中，将与卫星时间进行一次同步，且通信帧内每次进行帧同步之后紧随消息队列，使得通信帧内的消息在确定时刻传输。大幅度提高了总线数据传输确定性，由±20ms提高到±1ms。

(3)本发明中的终端管理模块能够对各个RT总线通断和传输内容进行实时监视，当发现错误之后，立刻切换通信同步服务采用的总线，从而提高了通信系统的健壮性。

附图说明

图1为通信帧分解示例图；

图2为同步访问示例(预分配，已占用)；

图3为本发明模块组成框图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1、一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统，将一个时间同步周期划分成多个等长时间的通信帧，通信帧结构符合1553B总线消息格式，如图1所示，通信帧中预先划分出设定长度的时隙，通信帧中所包含的信息包括帧同步信息和待传递消息队列，均占用通信帧中时隙，如图2所示；待传递消息队列中每一条待传递消息均包含RT地址、RT子地址、数据长度、传输方向以及待传递数据；帧同步信息包含帧号，传输方向包括BC端至RT端以及RT端至BC端；待传递数据包括BC端待传递数据和RT端待传递数据。

该通信系统模块如图3所示，包括时间分发模块、置数和取数模块、数据块传输模块以及通信同步模块；在1553B总线的总线控制器BC端以及远程终端RT端均设置通信系统。

当通信系统设置于BC端时：

通信同步模块在每个时间同步周期内根据预先划分的时隙向RT端广播相应通信帧中的帧同步信息，并在每个帧同步信息后将其对应的待传递消息依据其RT地址以及传输方向进行如下处理：当传输方向为BC端到RT端时，将BC端待传递消息传输至该消息中对应RT端；当传输方向为RT端到BC端时，从待传递消息中记载的RT地址以及RT子地址中获取RT端传递数据。

时间分发模块实时获取BC端当前时间，将当前时间、时间广播地址、时间广播子地址、数据长度、传输方向以及当前时间组成时间消息，在每个时间同步周期内根据需求选取一个通信帧，在该选取的通信帧中的其中一个时隙内插入时间消息，由通信同步模块在当前时隙内将时间消息广播至所有RT端对应的时间广播子地址。

置数与取数模块包括置数过程和取数过程；置数过程为：BC端根据帧同步信息在通信帧传递之前，将BC端待传递数据置入相应时隙的待传递消息中；取数过程为：BC端根据帧同步信息在通信帧传递之后，从已传递的通信帧中取出RT端待传递数据。

数据块传输模块包括数据块分发过程和数据块获取过程，其中数据块分发过程为：

对数据块传输模块进行初始化：首先组建数据块分发描述符DTD，DTD中包括BC端待传递数据长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及分发块计数；其中服务质量标识用于标识DTD是否要求回复，复位标识用于标识是否进行初始化，传输模式标识用于标识BC端待传递数据对RT子地址的使用方式，分发块计数用于标识BC端待传递数据是否已传输过；设定BC端待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化；将DTD放入当前通信帧的空闲时隙中，由通信同步模块进行处理，等待1个通信帧之后，从RT端设定的DTC的RT子地址中获取分发确认符DTC，DTC包括BC端待传递数据长度、错误标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及分发块计数，其中错误标识用于标识DTD是否出现1553B协议的校验错误，若DTC中的复位标识为进行初始化，则初始化成功。

初始化成功后，数据块传输模块接收外部输入的BC端待传递数据，组织数据块分发描述符DTD，将BC端待传递数据和DTD放入当前通信帧的未被占用的时隙中。

数据块获取过程为：

对数据块传输模块进行初始化：数据块传输模块监听RT端中设定ATR的RT子地址处的数据块获取请求ATR，ATR中包含RT端待传递数据长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址、获取块计数；获取块计数用于标识该RT端待传递数据是否已传输过；其中若RT端待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化，则组建获取传输确认符ATC，ATC中包含RT端待传递数据的长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及获取块计数；其中复位标识置为初始化成功，传输长度置为0，获取块计数置为0；将ATC放入到当前通信帧的未被占用的时隙中，由通信同步模块进行处理。

初始化成功后，数据块传输模块监听RT端中设定ATR的RT子地址的数据块获取请求ATR，其中若RT端待传递数据长度不为0，复位标识为初始化完成，且获取块计数表明该RT端待传递数据未被传输过，则数据块传输模块根据ATR中的RT子地址和RT端传递数据长度，将RT端传递数据从RT端设定的RT子地址取出插入通信帧的空闲时隙中，由通信同步模块进行处理。

当通信系统设置于RT端时：

通信同步模块在每个时间同步周期内根据预先划分的时隙接收BC端广播的帧同步信息。

时间分发模块由时间广播子地址中获取时间消息。

置数与取数模块包括置数过程和取数过程。

置数过程为：RT端根据帧同步信息在通信帧传递之后，从中获取BC端待传递数据；取数过程为：RT端根据帧同步信息在通信帧传递之前，将RT端待传递数据放入预设定的RT子地址中；

数据块传输模块包括数据块分发过程和数据块获取过程，其中数据块分发过程为：

对数据块传输模块进行初始化：数据块传输模块监听DTD，其中若DTD中待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化；则组建分发确认符DTC，将DTC置入设定的RT子地址中。

初始化完成之后，数据块传输模块监听DTD，若其中的待传递数据长度不为0，复位标识为初始化已完成，且分发块计数为BC端待传递数据未传输过，则数据块传输模块根据DTD中的RT子地址以及待传递数据长度，从对应RT子地址中取出对应长度的数据，并组建分发确认符DTC，将DTC置入设定的RT子地址中。

数据块获取过程中：

对数据块传输模块进行初始化：组建ATR，设定其中待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化；将ATR放入预设RT子地址，等待1个通信帧之后，数据块传输模块从RT端设定的RT子地址读取获取传输确认符ATC，若ATC中的复位标识为初始化成功，则初始化成功。

初始化成功后，数据块传输模块接收外部输入的RT端待传递数据，组建ATR，将RT端待传递数据和ATR放入预设的RT子地址中。

该系统还包括终端管理模块；

当通信系统设置于BC端时：终端管理模块分为总线监视子模块和RT状态监视子模块。

总线监视子模块通过置数与取数模块将当前通信帧对应帧号置入当前通信帧中的未占用时隙中，该未占用时隙中包含两条待传递关消息，分别为帧号发送消息和帧号获取消息，其中帧号发送消息的传输方向为BC端到RT端，帧号获取消息的传输方向为RT端到BC端；由通信同步模块进行处理，处理至该未占用时隙时，帧号发送消息将帧号置于RT端的预设RT子地址中，帧号获取消息由RT端的预设RT子地址中获取帧号，总线监视子模块判断帧号发送消息和帧号获取消息中的帧号是否一致，若一致则不做处理，若不一致则将BC端的通信同步模块与RT端的通信同步模块使用的总线切换到另外一条总线。

RT状态监视子模块定期从预设的健康状态RT子地址处获取健康状态信息；

当通信系统设置于RT端时：终端管理模块仅包括RT状态监视子模块；RT状态监视子模块定期将自身健康状态信息置入预设的健康状态RT子地址。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统，其特征在于，一个时间同步周期划分成多个等长时间的通信帧，通信帧结构符合1553B总线消息格式，通信帧中预先划分出设定长度的时隙，通信帧中所包含的信息包括帧同步信息和待传递消息队列；待传递消息队列中每一条待传递消息均包含RT地址、RT子地址、数据长度、传输方向以及待传递数据；所述帧同步信息包含帧号，所述传输方向包括BC端至RT端以及RT端至BC端；所述待传递数据包括BC端待传递数据和RT端待传递数据；

该通信系统包括时间分发模块、置数取数模块以及通信同步模块；在1553B总线的总线控制器BC端以及远程终端RT端均设置所述通信系统；

其中设置于BC端的通信系统中各模块具体为：

所述通信同步模块在每个时间同步周期内根据预先划分的时隙向RT端广播相应通信帧中的帧同步信息，并在每个帧同步信息后将其对应的待传递消息依据其RT地址以及传输方向进行如下处理：当传输方向为BC端到RT端时，通信同步模块将BC端待传递消息传输至该消息对应的RT端；当传输方向为RT端到BC端时，通信同步模块找到待传递消息中记载的RT地址以及RT子地址对应的RT端，从该RT端的对应RT子地址中获取RT端传递数据；

所述时间分发模块实时获取BC端当前时间，将当前时间、时间广播地址、时间广播子地址、数据长度、传输方向以及当前时间组成时间消息，在每个时间同步周期内根据需求选取一个通信帧，在该选取的通信帧中的其中一个时隙内插入所述时间消息，由所述通信同步模块在当前时隙内将时间消息广播至所有RT端对应的时间广播子地址；

所述置数取数模块实现置数过程和取数过程；所述置数过程为：该置数取数模块根据帧同步信息在通信帧传递之前，将BC端待传递数据置入相应时隙的待传递消息中；取数过程为：该置数取数模块根据帧同步信息在通信帧传递之后，从已传递的通信帧中取出RT端待传递数据；

设置于RT端的通信系统各模块具体为：

所述通信同步模块在每个时间同步周期内根据预先划分的时隙接收BC端广播的帧同步信息；

所述时间分发模块由所述时间广播子地址中获取时间消息，并进行时间同步设置；

所述置数取数模块实现置数过程和取数过程；

所述置数过程为：该置数取数模块根据帧同步信息在通信帧传递之后，从中获取BC端待传递数据；所述取数过程为：该置数取数模块根据帧同步信息在通信帧传递之前，将RT端待传递数据放入预设定的RT子地址中。

2.如权利要求1所述的一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统，其特征在于，还包括数据块传输模块；

当所述通信系统设置于BC端时：

所述数据块传输模块包括数据块分发过程和数据块获取过程，其中所述数据块分发过程为：

对数据块传输模块进行初始化：首先组建数据块分发描述符DTD，DTD中包括BC端待传递数据长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及分发块计数；其中服务质量标识用于标识所述DTD是否要求回复，所述复位标识用于标识是否进行初始化，所述传输模式标识用于标识所述BC端待传递数据对RT子地址的使用方式，所述分发块计数用于标识BC端待传递数据是否已传输过；设定BC端待传递数据长度为0，所述复位标识为进行初始化；将DTD放入当前通信帧的空闲时隙中，由所述通信同步模块进行处理，等待1个通信帧之后，从RT端设定的DTC的RT子地址中获取分发确认符DTC，所述DTC包括BC端待传递数据长度、错误标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及分发块计数，其中错误标识用于标识所述DTD是否出现1553B协议的校验错误，若所述DTC中的复位标识为进行初始化，则初始化成功；

初始化成功后，数据块传输模块接收外部输入的BC端待传递数据，组织数据块分发描述符DTD，将BC端待传递数据和DTD放入当前通信帧的未被占用的时隙中；

所述数据块获取过程为：

对数据块传输模块进行初始化：数据块传输模块监听RT端中设定ATR的RT子地址处的数据块获取请求ATR，所述ATR中包含RT端待传递数据长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址、获取块计数；所述获取块计数用于标识该RT端待传递数据是否已传输过；其中若RT端待传递数据长度为0，所述复位标识为进行初始化，则组建获取传输确认符ATC，所述ATC中包含RT端待传递数据的长度、服务质量标识、复位标识、传输模式标识、RT子地址以及获取块计数；其中复位标识置为初始化成功，传输长度置为0，获取块计数置为0；将ATC放入到当前通信帧的未被占用的时隙中，由所述通信同步模块进行处理；

初始化成功后，数据块传输模块监听RT端中设定ATR的RT子地址的数据块获取请求ATR，其中若RT端待传递数据长度不为0，所述复位标识为初始化完成，且获取块计数表明该RT端待传递数据未被传输过，则数据块传输模块根据ATR中的RT子地址和RT端传递数据长度，将RT端传递数据从RT端设定的RT子地址取出插入通信帧的空闲时隙中，由所述通信同步模块进行处理；

当所述通信系统设置于RT端时：

所述数据块传输模块包括数据块分发过程和数据块获取过程，其中所述数据块分发过程为：

对数据块传输模块进行初始化：数据块传输模块监听DTD，其中若DTD中待传递数据长度为0，所述复位标识为进行初始化；则组建分发确认符DTC，将DTC置入设定的RT子地址中；

初始化完成之后，数据块传输模块监听DTD，若其中的待传递数据长度不为0，所述复位标识为初始化已完成，且分发块计数为BC端待传递数据未传输过，则数据块传输模块根据DTD中的RT子地址以及待传递数据长度，从对应RT子地址中取出对应长度的数据，并组建分发确认符DTC，将DTC置入设定的RT子地址中；

所述数据块获取过程中：

对数据块传输模块进行初始化：组建ATR，设定其中待传递数据长度为0，复位标识为进行初始化；将ATR放入预设RT子地址，等待1个通信帧之后，数据块传输模块从RT端设定的RT子地址读取获取传输确认符ATC，若所述ATC中的复位标识为初始化成功，则初始化成功；

初始化成功后，数据块传输模块接收外部输入的RT端待传递数据，组建ATR，将RT端待传递数据和ATR放入预设的RT子地址中。

3.如权利要求1或者2所述的一种基于时间同步的航天器1553B总线通信系统，其特征在于，还包括终端管理模块；

当所述通信系统设置于BC端时：所述终端管理模块分为总线监视子模块和RT状态监视子模块；

总线监视子模块通过所述置数与取数模块将当前通信帧对应帧号置入当前通信帧中的未占用时隙中，该未占用时隙中包含两条待传递关消息，分别为帧号发送消息和帧号获取消息，其中帧号发送消息的传输方向为BC端到RT端，帧号获取消息的传输方向为RT端到BC端；由所述通信同步模块进行处理，处理至该未占用时隙时，帧号发送消息将所述帧号置于RT端的预设RT子地址中，帧号获取消息由RT端的预设RT子地址中获取所述帧号，所述总线监视子模块判断帧号发送消息和帧号获取消息中的帧号是否一致，若一致则不做处理，若不一致则将BC端的通信同步模块与RT端的通信同步模块所述使用的总线切换到另外一条总线；

所述RT状态监视子模块定期从预设的健康状态RT子地址处获取健康状态信息；

当所述通信系统设置于RT端时：所述终端管理模块仅包括RT状态监视子模块；所述RT状态监视子模块定期将自身健康状态信息置入预设的健康状态RT子地址。