CN109165184B - 一种基于双总线收发器的1553b总线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双总线收发器的1553B总线系统，用于将连接在RS485总线和标准的1553B总线上的多个设备集成到一个总线中实现互联互通，其特征在于，所述总线系统包括：一个总线控制器BC、RS485总线、1553B总线和分别连接在RS485总线和1553B总线上的多个终端设备RT；所述RS485总线和1553B总线的上层均运行1553B协议；所述总线控制器BC分别与1553B总线和RS485总线连接，这两条总线上的消息传输均由总线控制器BC发起，两条总线上终端设备RT的通过总线控制器BC实现信息交换。本发明的系统兼容性高，支持三种工作模式；而且集成度高，降低了CPU软件和FPGA软件的工作量和复杂度；此外，本发明的系统实现简单，降低了对远程终端的硬件约束，降低了成本。

Description

一种基于双总线收发器的1553B总线系统
技术领域
本发明涉及航空、航天电子综合化技术领域，特别涉及一种基于双总线收发器的1553B总线系统。
背景技术
目前航天器上主流的控制总线包括1553B总线、CAN总线、RS485总线等。
1553B总线具有双向传输的特性，传输协议为命令/响应方式，传输速率为1Mbps，采用双冗余的总线型拓扑结构，具有良好的容错性和故障隔离。数据编码采用曼彻斯特II型码，差分传输，一般采用屏蔽双绞线作为传输介质。1553B总线用指令应答方式实现系统通讯，采用冗余通道和奇校验以及相应的错误处理来提高系统的可靠性。
RS485总线采用一种平衡发送和差分接收数据传输的电气规范，具有组网能力强(可驱动32个负载设备)、噪声抑制能力强、数据传输速率高、传输电缆长以及可靠性高等特点。RS485总线的组网方式是终端匹配的总线型，无需变压器耦合也能满足长距离传输的要求。这种总线得到广泛接受的另外一个原因是它的通用性，RS485标准只对接口的电气特性做出规定。而不涉及接插件电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此，可以在RS485总线上采用1553B协议，只是物理层传播介质和收发器的替换，对1553B总线的协议层没有影响，是1553B总线实现低功耗、低成本、小体积的可行方案之一，常用于航天器内的载荷管理器内部总线。
复杂航天器的控制总线常分多级，如卫星综合电子总线和下一级的有效载荷分系统总线，现有技术中有效载荷分系统中的载荷管理器通常既是卫星综合电子总线的远程终端，又是外部有效载荷总线的总线控制器，还是管理器内部总线的控制器。如此管理器的硬件和软件设计都非常复杂，增加了系统的复杂性和成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中载荷管理器多级1553B总线控制管理存在的繁冗复杂的问题，从而提供一种兼容性高、软件复杂度低、成本低的基于双总线收发器的1553B总线系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于双总线收发器的1553B总线系统，1、一种基于双总线收发器的1553B总线系统，用于将连接在RS485总线和标准的1553B总线上的多个设备集成到一个总线中实现互联互通，其特征在于，所述总线系统包括：一个总线控制器BC、RS485总线、1553B总线和分别连接在RS485总线和1553B总线上的多个终端设备RT；所述RS485总线和1553B总线的上层均运行1553B协议；所述总线控制器BC分别与1553B总线和RS485总线连接，这两条总线上的消息传输均由总线控制器BC发起，两条总线上终端设备RT的通过总线控制器BC实现信息交换。
作为上述系统的一种改进，当所述系统用于地面测试时，所述总线系统还包括：一个总线监视器MT和一个总线桥接器；
所述总线监视器MT用于监视两条总线上的消息；
所述总线桥接器用于将RS485总线上的所有消息转发到1553B总线上，总线监视器MT可以监视RS485总线上的所有消息，
作为上述系统的一种改进，所述总线系统最多连接31个终端设备RT，每个终端设备RT的设备号不同。
作为上述系统的一种改进，所述总线控制器BC包括嵌入式计算机、FPGA、总线缓冲器、1553B总线收发器、RS485总线收发器和变压器，所述1553B总线收发器和RS485总线收发器分别和总线缓冲器连接，所述变压器和1553B总线收发器相连，其中，
所述嵌入式计算机用于实现1553B消息处理的上层软件控制；
所述FPGA用于1553B协议的硬件实现，内部包含1553B协议控制器IP核；
所述总线缓冲器用于总线隔离和电平转换。
作为上述系统的一种改进，所述FPGA还包括四个功能管脚：RXA_485、RXB_485、TX_ENA和TX_ENB，其中，RXA_485和RXB_485是RS485总线收发器的接收数据管脚，TX_ENA和TX_ENB是RS485总线收发器的发送使能管脚。
作为上述系统的一种改进，所述1553B协议控制器IP核包括BC模块、通道选择模块、译码器模块和输出选择模块；所述输出选择模块通过总线缓冲器和1553B总线收发器和RS485总线收发器连接；
所述BC模块中的消息控制字寄存器增加一位收发器选择位，可以为BC模块发出的每一条消息选择总线收发器的类型：1553B总线收发器或RS485总线收发器；若该位为0时，从1553B总线收发器发出消息；若该位为1时，从RS485总线收发器发出消息；
所述输出选择模块，增加了对RS485总线的接收数据功能管脚RXA_485和RXB_485的接收；
所述译码器模块，用于对输出选择模块发送的数据进行译码；
所述通道选择模块，用于根据BC模块的消息控制字中的收发器选择位的设置，将译码器模块译码后的数据送给BC模块。
作为上述系统的一种改进，当总线控制器BC使用1553B总线收发器和RS485总线收发器时，两个收发器的发送数据线共用，接收数据线独立，各收发器有单独的发送接收使能控制管脚；当单独使用1553B总线收发器或者RS485总线收发器时：当1553B总线收发器有效时，RS485总线收发器处于接收使能；当RS485总线收发器有效时，1553总线发送和接收都禁止。
作为上述系统的一种改进，所述总线系统产生三种应用场景：标准的1553B总线系统、基于RS485总线收发器的1553B总线系统和基于双总线收发器的1553B总线系统。
作为上述系统的一种改进，所述总线系统的消息传输机制如下：
1)所述总线控制器BC采用BC-to-RT和广播消息给RS485总线和1553B总线中的一个或多个终端设备发送数据；其中，广播消息不能同时发送到这两个总线，需要分两次广播；
2)所述总线控制器BC采用RT-to-BC类型消息控制终端设备给总线控制器发送数据；
3)终端设备到终端设备之间的消息传输采用BC中转的方式：先由发送方将数据通过RT-to-BC类型消息发送给总线控制器BC，再由总线控制器BC通过BC-to-RT类型消息将数据发送给接收方。
与传统的1553B总线相比，本发明具有如下优点：
1、本发明的系统兼容性高，支持三种工作模式；
2、本发明的系统集成度高，降低了CPU软件和FPGA软件的工作量和复杂度；
3、本发明的系统实现简单，降低了对远程终端的硬件约束，降低成本。
附图说明
图1是本发明的基于双总线收发器的1553B总线系统的示意图；
图2是本发明的1553B总线系统中总线控制器BC基于双总线收发器的硬件连接框图；
图3是本发明的1553B总线系统中总线控制器BC基于1553B收发器的硬件连接框图；
图4是本发明的1553B总线系统中总线控制器BC基于RS485收发器的硬件连接框图；
图5是本发明的1553B总线协议IP核的模块组成框图；
图6是本发明的1553B总线协议IP核中BC模块消息示意图；
图7是本发明的1553B总线协议IP核中BC模块中消息控制字的示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
图1给出了一种基于双总线收发器的1553B总线系统的连接关系图，将连接在两条物理总线(RS485总线和标准的1553B总线)上的多个设备集成到一个总线系统中实现互联互通，包括一个总线控制器BC、分布在两条总线上数量不超过31个的远程终端RT、一个总线监视器MT和一个总线桥接器，其中：
(1)RS485总线和标准的1553B总线两条总线上层均运行1553B协议，从上层可以看做是一条总线，系统中只有一个总线控制器(BC，Bus Controller)，物理层既连接了1553B总线也连接了RS485总线，同时是两条总线的控制器；两条总线上的消息传输均由总线控制器发起，但两条总线上终端设备的信息交换需要由BC间接实现；
(2)RS485总线和标准的1553B总线两条总线上连接的其他设备只能作为终端设备(RT,Remote Terminal)，并且每个设备的终端号都不相同，最多支持31个远程终端；
(3)总线监视器(MT)用于对两条总线上的消息进行监视，可以采用原来的1553B板卡；
(4)总线桥接器用于将RS485总线上的所有消息转发到1553B总线上，总线监视器MT可以监视RS485总线上的所有消息，总线监视器MT和桥接器仅用于地面测试期间。
下面对本发明中的总线系统做进一步的说明。
图2是本发明中总线控制器BC基于双总线收发器的硬件连接框图，BC的硬件系统包括嵌入式计算机(CPU)、FPGA、总线缓冲器、1553B收发器和变压器、RS485收发器等，其中CPU用于实现1553B消息处理的上层软件控制；FPGA用于1553B协议的硬件实现，内部包含1553B协议控制器IP核；总线缓冲器用于总线隔离、电平转换，常用型号是SN74LVTH162245；1553B总线收发器采用标准的1553B收发器，如HI1568、HI1567、HI1566、HI1573、HI2579、HI2581等；RS485总线收发器采用标准的485总线收发器即可，如SP481E、SN65HVD10、CN55LBC176等。
用于1553B协议的硬件实现的FPGA，除了传统1553B收发器的发送接收数据信号和发送接收使能信号外，还设计了RS485总线收发器的四个功能管脚(RXA_485、RXB_485、TX_ENA、TX_ENB)，即可实现双收发器的硬件连接，RXA_485、RXB_485是用于RS485总线收发器的接收数据管脚，TX_ENA、TX_ENB是用于RS485总线收发器的发送使能管脚。
当BC使用双收发器时，两收发器的发送数据线共用，接收数据线独立，各收发器有单独的发送接收使能控制管脚。BC发出的每条消息均可单独设置使用1553收发器或者485收发器，不同时有效；1553收发器有效时，485收发器处于接收使能；485收发器有效时，1553发送和接收都禁止。这样设计的优势是不会出现总线冲突。
本发明的1553B系统兼容性高，可以兼容仅一种总线收发器的1553B总线，即本1553B协议控制器有三种应用场景：标准的1553B总线系统、基于RS485总线收发器的1553B总线系统、基于双总线收发器的1553B总线系统。图3和图4是本发明的总线控制器BC兼容1553B收发器或RS485收发器的硬件连接框图。
基于双总线收发器的1553B总线系统功能的实现需要硬件和软件互相结合实现。图5给出了本发明的1553B总线协议IP核的模块组成框图，FPGA实现的1553B总线协议IP核需要做适应修改，修改的模块包括BC功能模块、译码器模块、输出选择模块、通道选择模块。
1553B总线协议IP核中BC模块消息组织方式如图6所示，BC待发出去的消息队列中的每条消息均有5个字组成的消息说明，包括消息控制字、命令字1、命令字2、发送/接收地址指针、状态字保存地址指针。消息控制字定义了本条消息的消息类型、A/B总线选择、中断使能、重试使能、收发器选择、RT2RT消息、无效消息、消息长度设置等；命令字1保存了BC待发出的命令字1；命令字2保存了待发出的命令字2，仅在RT2RT类型消息是有效；发送/接收地址指针定义的是BC发送/接收数据区起始指针，状态字保存地址指针定义的是BC保存当前消息返回状态的起始指针。
BC模块需要修改原来的消息控制字的设计说明，如图7所示，BC功能模块中的消息控制字寄存器增加一位收发器选择位，可以为BC发出的每一条消息选择总线收发器：若该位为0时，从第一总线发出消息；若该位为1时，从第二总线发出消息。由于1553B收发器和RS485收发器的收发使能的逻辑是相反的，所以第二总线的发送使能管脚TX_ENA、TX_ENB的控制也是根据该收发器选择位输出相应的电平。
1553B总线协议IP核中输出选择模块增加了对第二总线的接收数据功能管脚(RXA_485、RXB_485)的接收，将其送到单端口译码器模块进行译码。最后，通道选择模块根据消息控制字中的收发器选择位的设置，将相应译码器译码后的数据送给BC模块。
基于双总线收发器的1553B总线系统的优势是降低了CPU软件和FPGA软件的工作量和复杂度。若采用传统设计，两条总线包括两个总线控制器，FPGA中需要设计两个1553B协议IP核，CPU软件也需要两套软件来分别控制两条总线，硬件上往往需要两片FPGA才能满足需求。将两条总线集成化设计，只需要一个1553B协议IP核和一套CPU软件即可实现上述功能，不仅降低了硬件成本，重要的是大大降低了CPU软件和FPGA软件设计和测试的工作量和复杂度。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于双总线收发器的1553B总线系统，用于将连接在RS485总线和标准的1553B总线上的多个设备集成到一个总线中实现互联互通，其特征在于，所述总线系统包括：一个总线控制器BC、RS485总线、1553B总线和分别连接在RS485总线和1553B总线上的多个终端设备RT；所述RS485总线和1553B总线的上层均运行1553B协议；所述总线控制器BC分别与1553B总线和RS485总线连接，这两条总线上的消息传输均由总线控制器BC发起，两条总线上终端设备RT的通过总线控制器BC实现信息交换；
所述总线控制器BC包括嵌入式计算机、FPGA、总线缓冲器、1553B总线收发器、RS485总线收发器和变压器，所述1553B总线收发器和RS485总线收发器分别和总线缓冲器连接，所述变压器和1553B总线收发器相连，其中，
所述嵌入式计算机用于实现1553B消息处理的上层软件控制；
所述FPGA用于1553B协议的硬件实现，内部包含1553B协议控制器IP核；所述FPGA包括四个功能管脚：RXA_485、RXB_485、TX_ENA和TX_ENB，其中，RXA_485和RXB_485是RS485总线收发器的接收数据管脚，TX_ENA和TX_ENB是RS485总线收发器的发送使能管脚；
所述总线缓冲器用于总线隔离和电平转换；
所述1553B协议控制器IP核包括BC模块、通道选择模块、译码器模块和输出选择模块；所述输出选择模块通过总线缓冲器和1553B总线收发器和RS485总线收发器连接；
所述BC模块中的消息控制字寄存器增加一位收发器选择位，可以为BC模块发出的每一条消息选择总线收发器的类型：1553B总线收发器或RS485总线收发器；若该位为0时，从1553B总线收发器发出消息；若该位为1时，从RS485总线收发器发出消息；
所述输出选择模块，增加了对RS485总线的接收数据功能管脚RXA_485和RXB_485的接收；
所述译码器模块，用于对输出选择模块发送的数据进行译码；
所述通道选择模块，用于根据BC模块的消息控制字中的收发器选择位的设置，将译码器模块译码后的数据送给BC模块；
当总线控制器BC使用1553B总线收发器和RS485总线收发器时，两个收发器的发送数据线共用，接收数据线独立，各收发器有单独的发送接收使能控制管脚；当单独使用1553B总线收发器或者RS485总线收发器时：当1553B总线收发器有效时，RS485总线收发器处于接收使能；当RS485总线收发器有效时，1553总线发送和接收都禁止；
所述总线系统产生三种应用场景：标准的1553B总线系统、基于RS485总线收发器的1553B总线系统和基于双总线收发器的1553B总线系统；
所述总线系统的消息传输机制如下：
1)所述总线控制器BC采用BC-to-RT和广播消息给RS485总线和1553B总线中的一个或多个终端设备发送数据；其中，广播消息不能同时发送到这两个总线，需要分两次广播；
2)所述总线控制器BC采用RT-to-BC类型消息控制终端设备给总线控制器发送数据；
3)终端设备到终端设备之间的消息传输采用BC中转的方式：先由发送方将数据通过RT-to-BC类型消息发送给总线控制器BC，再由总线控制器BC通过BC-to-RT类型消息将数据发送给接收方。
2.根据权利要求1所述的基于双总线收发器的1553B总线系统，其特征在于，当所述系统用于地面测试时，所述总线系统还包括：一个总线监视器MT和一个总线桥接器；
所述总线监视器MT用于监视两条总线上的消息；
所述总线桥接器用于将RS485总线上的所有消息转发到1553B总线上，总线监视器MT可以监视RS485总线上的所有消息。
3.根据权利要求1或2所述的基于双总线收发器的1553B总线系统，其特征在于，所述总线系统最多连接31个终端设备RT，每个终端设备RT的设备号不同。
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