1553B基础常识篇

1553B总线概述

1.1 历史背景

 在 20 世纪 60 年代以前，飞机机载电子系统没有标准的通用数据通道，各个电子设备单元之间连接往往需要大量的电缆。随着机载电子系统的不断复杂化，这种通信方式所用的电缆将会占用很大的空间和重量，而且对传输线的定义和测试也较为复杂，费用较高。为了解决这一问题：

 1968 年：美国 SAE A2K（Multiplexing for Aircraft Committee 多路复用技术航空委员会）委员会在军方和工业界的支持下决定开发标准的信号多路传输系统。

 1973 年：美国 SAE A2K 公布了 MIL-STD-1553（USAF） 标准。

 1975 年：美国 SAE A2K 公布了改进版 MIL-STD-1553A。

 1978 年： 美国 SAE A2K 公布了修订本，即 MIL-STD-1553B 标准。

 1980 年：美国空军对该标准作了修改和补充，该标准作为美国国防部武器系统集成和标准化管理的基础之一， 而且成为一种国际标准。

 我国于 1987 年颁布了相应的军标

1.2 总线应用

 MIL-STD-1553B 总线标准已广泛用于飞机综合航电系统、装甲车辆综合电子系统、舰船综合电子系统等航空、航天、船舶、兵器、电子等领域。

 国外航电系统起步较早， MIL-STD-1553B 其高可靠、稳定的特性，在美国等国家早已得到认可，且对 1553B 的使用，已由军用飞机扩展到坦克、船舶、卫星、导弹等领域。

 我国于 90 年代已立项进行 1553B 协议的研究与产品研制工作，并被纳入军标。目前机载，弹载，舰载，车载系统都已经将 1553B 总线列入系统的核心，这方面的需求量在逐年加大。

2 1553B总线网络拓扑结构

1553B 总线的网络拓扑结构参见图 2-1

 1553B 总线网络由终端或子系统、总线传输介质组成。 子系统为从多路数据总线上接收数据传输服务的装置或功能单元。 终端是数据总线和子系统的接口电子组件。 从功能上说终端可以是总线控制器（BC）、远程终端（RT）或总线监控器（BM）；从物理结构上说， 终端可以是独立组件，也可以包含在子系统中。

 数据总线包括总线 A 和总线 B，二者互为冗余备份，所有的总线设备 BC、 RT、 BM 都以并联方式共享总线的主线部分，主线与子线之间采用变压器耦合，子线与 1553B 设备之间也采用变压器耦合。  1553B 总线系统采用命令/响应式传输的操作方式，只有当总线控制器发出命令后，远程终端才能响应，即远程终端永远是被动的。

3 1553B总线工作模式

1553B 存在三种工作模式的终端：

(1) 总线控制器（Bus Controller， BC）；

(2) 远程终端（Remote Terminal， RT）；

(3) 总线监视器（Bus Monitor， BM）。

3.1 总线控制器

 总线控制器负责总线调度、管理，是总线通讯的发起者和组织者。任何时刻总线上只有一个终端对总线系统实施控制。

 由于1553B 总线采用中央集权式的总线管理，在整个通讯过程中，只有总线控制器是主动参与总线通讯的，所有的数据传输必须由总线控制器启动，任何一次通讯过程都必须由总线控制器参与。

 总线控制器根据预先设定的通讯协议，主动组织各个远程终端参与通讯，完成数据的传输。 合理的通讯协议可以使远程终端主动的向总线控制器发出数据传输请求，总线控制器根据远程终端发出的数据传输请求，组织相应的远程终端接收或发送数据。以星载设备为例，一般来说，总线控制器是某个星载设备的全部功能的一部分，通讯协议的制定、软件及硬件的设计必须统一考虑，必须从系统的高度安排总线的各种消息。

3.2 远程终端

 对从总线上接收到的来自控制器的有效命令作出响应，回送状态字，完成相应动作。最多不超过 31 个远程终端。

 远程终端只能被动的接收或者发送和自己有关的数据，对远程终端来说，和自己无关的数据是透明的（看不见的）。

 远程终端根据预先设定的通讯协议接收和发送数据，由于远程终端只能被动的参与总线通讯，软件的设计和总线控制器的工作方式是密切相关的，因而在软件的设计上必须有充分的安全考虑。

 和总线控制器一样，远程终端一般也是某个星载设备的全部功能的一部分，远程终端本身只是个通讯的桥梁，通讯软件往往是为数据收集和分发服务的。

3.3 总线监视器

 监听、记录总线上传输的数据的终端，它受 BC 控制，不参与任何数据传输。

 总线上的所有通讯过程对总线监视器来说都是可见的，因而总线监视器能够全部或选择性的监视总线的通讯过程，对通讯状态进行分析和判断，给出参与总线通讯的总线控制器和各个远程终端的运行状态和健康状态。

4 1553B总线传输方式

 一般来说1553B 总线的传输速度为 1Mbps，也有4Mbps采用曼彻斯特Ⅱ 型编码，半双工工作方式。信号以串行数字脉冲编码调制形式在数据总线上传输。逻辑 1为双极编码信号 1/0，即一个正脉冲继之一个负脉冲，逻辑 0 为双极编码信号 0/1，即一个负脉冲继之一个正脉冲。 曼彻斯特Ⅱ 型编码方式参见图4-1。

5 1553B总线数据格式

 1553B 信息流由一串 1553B 消息构成，总线上的一次数据传送过程称为一条消息。 1553B 消息由命令字、数据字、状态字组成，其在每条消息中的数量分布如下：

(1) 命令字：至少 1 个、至多 2 个；

(2) 数据字：不多于 32 个；

(3) 状态字：不多于 2 个。

 1553B 消息的最小单位为位 bit，每 20 位形成一个字 word，每个字的有效信息位为 16bit，在有效信息位的前面有 3 位的同步头（同步头被分为 2 个一位半）， 有效信息位的后面有 1 位校验位（采用奇校验）。即： 3 位同步头 + 16 位有效数据/命令/状态位 + 1 位奇校验同步和奇偶校验位被 1553B 硬件用在确定 1553B 信息格式和数据错误的时候

5.1 命令字

 总线通讯的启动由 BC 发出命令字开始， 命令字结构参见图 5-1。

 其中，命令字有效信息被分为 4 个域，依次为远程终端地址（5bits）、收发位（1bit）、子地址（5bits）、字计数/方式码（5bits）。详细信息参见表 5-1。

 当总线控制器发出的命令字中的“子地址”为（00000）b 或（11111）b 时，“字计数/方式码”的内容为五位方式代码，此次通讯消息即为方式命令。方式命令中，“收发位” 、数据字的有无、以及是否允许广播等均按协议规定使用。详细信息参见表 5-2。

5.2 数据字

 数据字为需要传输的用户数据，每次通讯传输的数据字个数由命令字的“字计数/方式码”域确定。对于非方式码传输, 数据字的个数即为BC 发出的命令字中的字计数；对于方式命令，是否需要数据字由方式命令的协议确定。数据字结构参见图 5-2。

5.3 状态字

 状态字为远程终端向 BC 发出的响应数据，所有非广播消息至少包含一个状态字，广播消息由于有多个远程终端参与通讯，所有接收数据的远程终端均不发出状态字。 状态字结构参见图 5-3。

 其中，状态字的位定义及简要说明参见表 5-3。

6 1553B总线消息类型

 1553B 消息类型一般可划分为以下十种格式类型，以下各章节消息格式示图中，“**”表示响应时间，“#”表示消息间隔。

6.1 BC到RT消息

 1、 总线控制器应发出一个接收指令字及规定数目的数据字到远程终端； 指令字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发出；

 2、 后者核实消息之后， 应发回一个状态字给控制器。

 BC 到 RT 消息格式参见图 6-1。

6.2 RT到BC消息

 1、 总线控制器应向远程终端发出一个发送指令字；

 2、 该远程终端在核实指令字之后， 应发回一个状态字给总线控制器，继之以规定数目的数据字； 状态字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发出

 RT 到 BC 消息格式参见图 6-2。

6.3 RT到RT消息

 1、 总线控制器应向远程终端 A 发出一个接收指令字， 紧接着向远程终端 B 发出一个发送指令字；

 2、 远程终端 B 在核实指令字之后， 应发送一个状态字， 继之以规定数据的数据字； 状态字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送；

 3、 远程终端 B 发出的数据传输结束及远程终端 A 在接收到规定数目的数据字之后， 分别按规定响应状态字。

 RT 到 RT 消息格式参见图 6-3。

6.4 方式命令（无数据）

 1、 总线控制器使用规定的方式代码向远程终端发出一个发送指令字；

 2、 该远程终端在核实指令字后， 回送一个状态字。

 方式命令（无数据） 消息格式参见图 6-4。

6.5 方式命令（有数据：发送）

 1、 总线控制器应使用规定的方式代码向远程终端发出一个发送指令字；

 2、 该远程终端在核实指令字之后， 回送一个状态字， 继之以一个数据字； 状态字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送。

 方式命令（有数据：发送） 消息格式参见图 6-5。

6.6 方式命令（有数据：接收）

 1、 总线控制器应使用规定的方式代码向远程终端发出一个接收指令字， 继之以一个数据字； 指令字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送；

 2、 该远程终端在核实指令字和数据字之后，应回送一个状态字

 方式命令（有数据： 接收） 消息格式参见图 6-5。

6.7 广播消息-BC到RTs

 1、 总线控制器发出一个远程终端地址字段为 11111 的接收指令字，继之以规定数目的数据字；

 2、 指令字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送；

 3、 具有接收广播指令能力的各远程终端在核实消息后，应按规定在状态字中将广播指令接收位置位，但不回送状态 。

 BC到 RTs 消息格式参见图 6-7。

6.8 广播消息-RT到RTs

 1、 总线控制器应发出一个远程终端地址字段为 11111 的接收指令字，继之以使用远程终端 A 的专有地址向远程终端 A 发出一个发送指令字；

 2、 远程终端 A 在核实指令字之后应回送一个状态字，继之以规定数据的数据字； 状态字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送；

 3、 具有接收广播指令能力的各远程终端（除远程终端 A 之外）均应在核实消息之后，按照规定在状态字中将广播指令接收位置位，但不回送状态字。

 RT 到 RTs 消息格式参见图 6-8。

6.9 广播消息-方式命令无数据

 1、 总线控制器应发出一个含有方式代码的且远程终端地址字段为 11111 的发送指令字；

 2、 具有接收广播指令能力的各远程终端应在核实指令字之后，按照规定在状态字中将广播指令接收位置位，但不回送状态字。

 无数据广播方式命令消息格式参见图 6-9。

6.10 广播消息-方式命令有数据

 1、 总线控制器应发出一个含有方式代码的且远程终端地址字段为 11111 的接收指令字，继之以发送一个数据字； 指令字和数据字应以没有字间间隔的连续形式发送；

 2、 具有接收广播指令能力的各远程终端应在核实消息之后，按规定在状态字中将广播指令接收位置位，但不会动状态字。

 有数据广播方式命令消息格式参见图 6-10。

7 方式指令