CN112235032A - 基于时间服务的高光谱成像仪1553b总线通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高光谱成像仪1553B总线通信方法，特别涉及一种基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，解决了现有通信方法单消息收发，传输效率不高，针对多种通信数据无统一协议约定和总线分配方式，导致总线通信方案通用性不强、传输效率不高、总线利用率低的问题。该方法包括以下步骤：步骤1：进行1毫秒精确定时和以N毫秒为帧周期的帧精确划分；对每帧进行带宽划分；步骤2：将通信看作是提供服务；约定服务类型及通信协议；依据通信的数据类型，确定其通信时的任务，生成各任务定时信息，依据定时信息将各任务传送的数据放入相应带宽中且设收发方向标志，构建任务队列；步骤3：对任务队列依照收发方向标志实施数据传输。

Description

基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法

技术领域

本发明涉及一种高光谱成像仪1553B总线通信方法，特别涉及一种基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法。

背景技术

1553B总线是卫星广泛采用的总线通信方式。现有的1553B总线通信方法，通常一方面是基于单消息收发模式，传输效率不高；另一方面，针对星上设备多种通信数据，例如总线指令、遥测包、星务广播数据、时间码等没有统一的协议约定和总线分配方式，导致总线通信方案通用性不强、传输效率不高、总线利用率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，以解决现有1553B总线通信方法基于单消息收发模式，传输效率不高，以及针对星上设备多种通信数据没有统一的协议约定和总线分配方式，导致总线通信方案通用性不强、传输效率不高、总线利用率低的技术问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：总线划分

采用定时线程进行1毫秒精确定时和以N毫秒为帧周期的帧精确划分，所述N为能整除1000的自然数，且N大于等于25；

将帧精确划分后的第一个通信帧对应的通信帧号设置为0，记作通信帧0，后一个通信帧对应的通信帧号为前一个通信帧对应的通信帧号加1并对M求模，其中M为自然数，且M与N的乘积等于1000；

采用总线分配线程对该划分的每帧进行带宽划分，且给每个带宽设置占用标志；

步骤2：构建任务队列

将通信看作是提供服务；约定所述服务包括四种类型服务，分别为：时间服务、通信同步服务、置数和取数服务以及数据块传输服务；并且约定四种类型服务的通信协议分别为：

所述时间服务支持通过1553B数据总线发布时间信息；

所述通信同步服务支持以确定的方式时分复用数据总线消息；

所述置数和取数服务支持有严格长度限制的无确认数据传输，该服务仅有无握手的简单协议；

所述数据块传输服务支持发送端请求数据块的确认传输，该服务有握手协议；

所述高光谱成像仪1553B总线进行通信的数据类型包括帧同步、时间码、星务广播数据、总线指令、遥控确认包、事件报告包以及遥测包；

对所述帧同步采用通信同步服务；对所述时间码采用时间服务；对所述星务广播数据采用置数和取数服务；对所述总线指令、遥控确认包、事件报告包以及遥测包采用数据块传输服务；

总线分配线程依据进行通信的数据类型，确定该进行通信的数据类型需采用的服务，进而确定该进行通信的数据类型通信时对应的任务；定时线程生成各任务对应的定时信息；总线分配线程依据各任务对应的定时信息，将各任务传送的数据分别放入步骤1所述带宽划分后的相应带宽中，并给每个任务设置收发方向标志，构建任务队列；

步骤3：采用底层通信线程，对步骤2构建的任务队列依照收发方向标志实施数据传输。

进一步地，所述步骤2中，总线分配线程依据进行通信的数据类型，确定该进行通信的数据类型通信时对应的任务，定时线程生成各任务对应的定时信息，总线分配线程依据各任务对应的定时信息，将各任务传送的数据分别放入步骤1所述带宽划分后的相应带宽中，并给每个任务设置收发方向标志，构建任务队列时，针对进行通信的数据类型的不同，各数据类型通信时，在任务队列中对应的任务及排序原则为：

帧同步：帧同步为所要构建的任务队列中的一个单独任务，所要构建的任务队列中每间隔N毫秒有一个帧同步任务，每个帧同步任务占用步骤1划分的每帧的起始带宽；帧同步任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

时间码：时间码为所要构建的任务队列中的一个单独任务，且所要构建的任务队列中每间隔1000毫秒有一个时间码任务，每个时间码任务占用步骤1划分后的通信帧0中的预分配带宽的固定带宽位置；时间码任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

星务广播数据：在所要构建的任务队列中每间隔1000毫秒有一个相同类型的星务广播数据任务，每个相同类型的星务广播数据任务占用步骤1划分后的相同通信帧号中的预分配带宽的固定带宽位置；星务广播数据任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

总线指令：总线指令为突发任务，占用经步骤1划分后的每个帧周期内的未占用带宽；总线指令对应的任务包括发送数据任务，发送数据描述符任务以及接收确认描述符任务；设定发送数据任务和发送数据描述符任务的定时信息为同时发送，且两个任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；设定接收确认描述符任务的定时信息为在发送数据任务完成之后执行，且其收发方向标志为从远程终端RT发送至总线控制器BC；

遥控确认包、事件报告包以及遥测包：三者均为突发任务，占用经步骤1划分后的每个帧周期内的未占用带宽；三者对应的任务均包括读取数据请求描述符任务、读取数据任务以及发送传输确认描述符任务；设定读取数据请求描述符任务、读取数据任务以及发送传输确认描述符任务的定时信息为：执行读取数据请求描述符任务位于执行读取数据任务之前，与执行读取数据任务之间有时间间隔，执行读取数据任务的同时执行发送传输确认描述符任务；设定读取数据请求描述符任务和读取数据任务的收发方向标志均为从远程终端RT发送至总线控制器BC；设定发送传输确认描述符任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

若通信所要传输的多组数据同时到达，则设定定时信息时，按对多组数据逐一传输，一组传输完再传输另一组的原则，进行设定。

进一步地，为了既能在执行多任务时安排方便，又能在有突发任务发生时，不会发生执行不完的情况，步骤1中，所述N等于50，所述M等于20。

进一步地，步骤1中，所述采用总线分配线程对该划分的每帧进行带宽划分时，每帧划分为50个带宽。

进一步地，遥控确认包、事件报告包或遥测包，在3个帧周期内完成一次数据块传输服务的三次握手及数据包传输。

进一步地，所述高光谱成像仪1553B总线通信的总线控制器BC与远程终端RT之间采用Excalibur公司的EXC-1553MCH型板卡和相应的API函数实现各类型服务所需的底层1553B消息传输。

进一步地，为了使该通信方法，更加符合卫星通信的行规，总线控制器BC以广播的形式发送帧同步数据，并且相同的帧同步数据1553B总线中的A、B总线均广播一次。

进一步地，步骤2中，所述构建任务队列时，还包括总线控制器BC对每次传输的数据包进行ISO校验和的步骤。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，将各项通信数据均统一协调在以N毫秒为帧周期的时间内，并且对该划分的每帧进行带宽划分，实现总线带宽的预分配，这样，在1000毫秒的周期内，可以执行多个任务，传输效率提高；同时，本发明通信方法中，将通信看作是提供服务，并且约定了服务类型和各类型服务的通信协议，满足航天器使用总线的所有情况以及适用各类型的远程终端RT设备；采用本发明通信方法建立的通信方案通用性、适用性、可扩展性均有很大提升，并且可成功应用于星载高光谱成像仪总线通信中；因此，本发明解决了现有1553B总线通信方法基于单消息收发模式，传输效率不高，以及针对星上设备多种通信数据没有统一的协议约定和总线分配方式，导致总线通信方案通用性不强、传输效率不高、总线利用率低的技术问题。采用本发明通信方法，一个总线控制器BC可以管理多个远程终端RT，具有很强的兼容性和扩展性；在本发明通信方法中，提前确定总线上的所有通信任务，为所有通信任务提前分配带宽，并且利用多个时间片高效提升了总线利用率。

(2)本发明的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，优选地帧周期为50毫秒，这样，既能在执行多任务时安排方便，又能在有突发任务发生时，不会发生执行不完的情况。

(3)本发明的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，数据块传输服务中，总线控制器BC和远程终端RT除了相互握手保证数据完整可靠传输外，优选地步骤2中，所述构建任务队列时，还包括总线控制器BC对每次传输的数据包进行ISO校验和的步骤，这样，如果单次传输的包长度过大，可分为多包数据，分次占用未分配带宽进行发送。

附图说明

图1是采用本发明通信方法时，高光谱成像仪总线通信实施例的框图；

图2是采用本发明通信方法时，总线划分示意图；

图3是本发明通信方法中约定的各服务类型之间的关系示意图；

图4是采用本发明通信方法，从总线控制器BC向远程终端RT发送总线指令时，其对应的任务及定时信息示意图；

图5是采用本发明通信方法，从远程终端RT向总线控制器BC发送遥控确认包、事件报告包或遥测包时，其对应的任务及定时信息示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，包括以下步骤：

步骤1：总线划分

采用定时线程进行1毫秒精确定时和以N毫秒为帧周期的帧精确划分，N为能整除1000的自然数，且N大于等于25；为了既能在执行多任务时安排方便，又能在有突发任务发生时，不会发生执行不完的情况，本实施例中，优选地N等于50；由于1553B总线通信中，总线控制器BC处于主导地位，因此，参见图1，本实施例中，以总线控制器BC为上位机作为实施例。本实施例中，高光谱成像仪1553B总线通信的总线控制器BC(上位机)与远程终端RT(下位机)之间采用Excalibur公司的EXC-1553MCH型板卡和相应的API函数实现各类型服务所需的底层1553B消息传输；

参见图2，将帧精确划分后的第一个通信帧对应的通信帧号设置为0，记作通信帧0，后一个通信帧对应的通信帧号为前一个通信帧对应的通信帧号加1并对M求模，其中M为自然数，且M与N的乘积等于1000；本实施例中，M等于20；这样，通信帧号从0到19周期往复；

采用总线分配线程对该划分的每帧进行带宽划分，且给每个带宽设置占用标志；本实施例中，每帧划分为50个带宽；

步骤2：构建任务队列

将通信看作是提供服务；约定该服务包括四种类型服务，分别为：时间服务、通信同步服务、置数和取数服务以及数据块传输服务；并且约定四种类型服务的通信协议分别为：

时间服务支持通过1553B数据总线发布时间信息；

通信同步服务支持以确定的方式时分复用数据总线消息；

置数和取数服务支持有严格长度限制的无确认数据传输，该服务仅有无握手的简单协议；

数据块传输服务支持发送端请求数据块的确认传输，该服务有握手协议；

参见图3，上述四种类型服务之间不是相互独立的，通信同步服务是一个强制性的服务，该服务的目的是保证实时特性并且拥有其它服务。置数和取数服务又依赖于通信同步服务。时间服务、置数和取数服务以及数据块服务之间相互独立但又全部依赖于通信同步服务；

上述高光谱成像仪1553B总线进行通信的数据类型包括帧同步、时间码、星务广播数据、总线指令、遥控确认包、事件报告包以及遥测包；参见图1，图1中包括了高光谱成像仪1553B总线进行通信的所有数据类型；

对上述帧同步采用通信同步服务，具体而言，就是总线控制器BC以广播的形式发送帧同步数据，并且相同的帧同步数据1553B总线中的A、B总线均广播一次；对上述时间码采用时间服务，具体而言，就是时间数据在通信帧0中发出，包含秒和微妙字段；对星务广播数据采用置数和取数服务，具体而言，就是数据从BC发送至RT，保证数据在限定的时间内传送至各RT端，但将传送的数据及时读取以免被新数据覆盖是RT端的责任；对上述总线指令、遥控确认包、事件报告包以及遥测包采用数据块传输服务；

总线分配线程依据进行通信的数据类型，确定该进行通信的数据类型需采用的服务，进而确定该进行通信的数据类型通信时对应的任务；定时线程生成各任务对应的定时信息；总线分配线程依据各任务对应的定时信息，将各任务传送的数据分别放入步骤1上述带宽划分后的相应带宽中，并给每个任务设置收发方向标志，构建任务队列；

本实施例中，优选地针对进行通信的数据类型的不同，各数据类型通信时，在任务队列中对应的任务及排序原则为：

帧同步：帧同步为所要构建的任务队列中的一个单独任务，所要构建的任务队列中每间隔N毫秒有一个帧同步任务，每个帧同步任务占用步骤1划分的每帧的起始带宽；帧同步任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

时间码：时间码为所要构建的任务队列中的一个单独任务，且所要构建的任务队列中每间隔1000毫秒有一个时间码任务，每个时间码任务占用步骤1划分后的通信帧0中的预分配带宽的固定带宽位置；时间码任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

星务广播数据：在所要构建的任务队列中每间隔1000毫秒有一个相同类型的星务广播数据任务，每个相同类型的星务广播数据任务占用步骤1划分后的相同通信帧号中的预分配带宽的固定带宽位置；星务广播数据任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

总线指令：总线指令为突发任务，占用经步骤1划分后的每个帧周期内的未占用带宽；参见图4，总线指令对应的任务包括发送数据任务，发送数据描述符任务以及接收确认描述符任务；数据描述符包含数据包长度、子地址、块计数等信息；设定发送数据任务和发送数据描述符任务的定时信息为同时发送，且两个任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；设定接收确认描述符任务的定时信息为在发送数据任务完成之后执行，且其收发方向标志为从远程终端RT发送至总线控制器BC；

遥控确认包、事件报告包以及遥测包：三者均为突发任务，占用经步骤1划分后的每个帧周期内的未占用带宽；参见图5，三者对应的任务均包括读取数据请求描述符任务、读取数据任务以及发送传输确认描述符任务；数据请求描述符包含块大小、块计数、子地址等信息；传输确认描述符同样包含相关信息；设定读取数据请求描述符任务、读取数据任务以及发送传输确认描述符任务的定时信息为：执行读取数据请求描述符任务位于执行读取数据任务之前，与执行读取数据任务之间有时间间隔，执行读取数据任务的同时执行发送传输确认描述符任务；设定读取数据请求描述符任务和读取数据任务的收发方向标志均为从远程终端RT发送至总线控制器BC；设定发送传输确认描述符任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；遥控确认包、事件报告包或遥测包，在3个帧周期内完成一次数据块传输服务的三次握手及数据包传输；本实施例中，上述数据块传输服务中，总线控制器BC和远程终端RT除了相互握手保证数据完整可靠传输外，优选地步骤2中，构建任务队列时，还包括总线控制器BC对每次传输的数据包进行ISO校验和的步骤，这样，如果单次传输的数据包长度过大，可分为多包数据，分次占用未分配带宽进行发送；

若通信所要传输的多组数据同时到达，则设定定时信息时，按对多组数据逐一传输，一组传输完再传输另一组的原则，进行设定；

步骤3：采用底层通信线程，对步骤2构建的任务队列依照收发方向标志实施数据传输。

本实施例的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，将各项通信数据均统一协调在以50毫秒为帧周期的时间内，并且对该划分的每帧进行带宽划分，实现总线带宽的预分配，这样，在1000毫秒的周期内，可以执行多个任务，传输效率提高；同时，本发明通信方法中，将通信看作是提供服务，并且约定了服务类型和各类型服务的通信协议，满足航天器使用总线的所有情况以及适用各类型的远程终端RT设备；采用本发明通信方法建立的通信方案通用性、适用性、可扩展性均有很大提升，并且可成功应用于星载高光谱成像仪总线通信中；采用本发明通信方法，一个总线控制器BC可以管理多个远程终端RT，具有很强的兼容性和扩展性；在本发明通信方法中，提前确定总线上的所有通信任务，为所有通信任务提前分配带宽，并且利用多个时间片高效提升了总线利用率。

Claims (8)

1.一种基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：总线划分

采用定时线程进行1毫秒精确定时和以N毫秒为帧周期的帧精确划分，所述N为能整除1000的自然数，且N大于等于25；

将帧精确划分后的第一个通信帧对应的通信帧号设置为0，记作通信帧0，后一个通信帧对应的通信帧号为前一个通信帧对应的通信帧号加1并对M求模，其中M为自然数，且M与N的乘积等于1000；

采用总线分配线程对该划分的每帧进行带宽划分，且给每个带宽设置占用标志；

步骤2：构建任务队列

将通信看作是提供服务；约定所述服务包括四种类型服务，分别为：时间服务、通信同步服务、置数和取数服务以及数据块传输服务；并且约定四种类型服务的通信协议分别为：

所述时间服务支持通过1553B数据总线发布时间信息；

所述通信同步服务支持以确定的方式时分复用数据总线消息；

所述置数和取数服务支持有严格长度限制的无确认数据传输，该服务仅有无握手的简单协议；

所述数据块传输服务支持发送端请求数据块的确认传输，该服务有握手协议；

所述高光谱成像仪1553B总线进行通信的数据类型包括帧同步、时间码、星务广播数据、总线指令、遥控确认包、事件报告包以及遥测包；

对所述帧同步采用通信同步服务；对所述时间码采用时间服务；对所述星务广播数据采用置数和取数服务；对所述总线指令、遥控确认包、事件报告包以及遥测包采用数据块传输服务；

总线分配线程依据进行通信的数据类型，确定该进行通信的数据类型需采用的服务，进而确定该进行通信的数据类型通信时对应的任务；定时线程生成各任务对应的定时信息；总线分配线程依据各任务对应的定时信息，将各任务传送的数据分别放入步骤1所述带宽划分后的相应带宽中，并给每个任务设置收发方向标志，构建任务队列；

步骤3：采用底层通信线程，对步骤2构建的任务队列依照收发方向标志实施数据传输。

2.根据权利要求1所述的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特征在于：

所述步骤2中，总线分配线程依据进行通信的数据类型，确定该进行通信的数据类型通信时对应的任务，定时线程生成各任务对应的定时信息，总线分配线程依据各任务对应的定时信息，将各任务传送的数据分别放入步骤1所述带宽划分后的相应带宽中，并给每个任务设置收发方向标志，构建任务队列时，针对进行通信的数据类型的不同，各数据类型通信时，在任务队列中对应的任务及排序原则为：

帧同步：帧同步为所要构建的任务队列中的一个单独任务，所要构建的任务队列中每间隔N毫秒有一个帧同步任务，每个帧同步任务占用步骤1划分的每帧的起始带宽；帧同步任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

时间码：时间码为所要构建的任务队列中的一个单独任务，且所要构建的任务队列中每间隔1000毫秒有一个时间码任务，每个时间码任务占用步骤1划分后的通信帧0中的预分配带宽的固定带宽位置；时间码任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

星务广播数据：在所要构建的任务队列中每间隔1000毫秒有一个相同类型的星务广播数据任务，每个相同类型的星务广播数据任务占用步骤1划分后的相同通信帧号中的预分配带宽的固定带宽位置；星务广播数据任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

总线指令：总线指令为突发任务，占用经步骤1划分后的每个帧周期内的未占用带宽；总线指令对应的任务包括发送数据任务，发送数据描述符任务以及接收确认描述符任务；设定发送数据任务和发送数据描述符任务的定时信息为同时发送，且两个任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；设定接收确认描述符任务的定时信息为在发送数据任务完成之后执行，且其收发方向标志为从远程终端RT发送至总线控制器BC；

遥控确认包、事件报告包以及遥测包：三者均为突发任务，占用经步骤1划分后的每个帧周期内的未占用带宽；三者对应的任务均包括读取数据请求描述符任务、读取数据任务以及发送传输确认描述符任务；设定读取数据请求描述符任务、读取数据任务以及发送传输确认描述符任务的定时信息为：执行读取数据请求描述符任务位于执行读取数据任务之前，与执行读取数据任务之间有时间间隔，执行读取数据任务的同时执行发送传输确认描述符任务；设定读取数据请求描述符任务和读取数据任务的收发方向标志均为从远程终端RT发送至总线控制器BC；设定发送传输确认描述符任务的收发方向标志为从总线控制器BC发送至远程终端RT；

若通信所要传输的多组数据同时到达，则设定定时信息时，按对多组数据逐一传输，一组传输完再传输另一组的原则，进行设定。

3.根据权利要求2所述的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特征在于：步骤1中，所述N等于50，所述M等于20。

4.根据权利要求3所述的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特征在于：步骤1中，所述采用总线分配线程对该划分的每帧进行带宽划分时，每帧划分为50个带宽。

5.根据权利要求4所述的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特征在于：遥控确认包、事件报告包或遥测包，在3个帧周期内完成一次数据块传输服务的三次握手及数据包传输。

6.根据权利要求1至5任一所述的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特征在于：所述高光谱成像仪1553B总线通信的总线控制器BC与远程终端RT之间采用Excalibur公司的EXC-1553MCH型板卡和相应的API函数实现各类型服务所需的底层1553B消息传输。

7.根据权利要求6所述的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特征在于：总线控制器BC以广播的形式发送帧同步数据，并且相同的帧同步数据1553B总线中的A、B总线均广播一次。

8.根据权利要求7所述的基于时间服务的高光谱成像仪1553B总线通信方法，其特征在于：步骤2中，所述构建任务队列时，还包括总线控制器BC对每次传输的数据包进行ISO校验和的步骤。

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