1553B總線電纜網絡自動測試系統(tǒng)設計及研究

隨著航機電一體程度的日益提高，作為當前宇航電子設備首選的數據總線，MIL-STD-1553B總線(以下簡稱1553B總線)的地位日益突出，已廣泛運用于航空航天、海上武器、地面武器等領域。作為星載/箭載/機載/艦載/車載等控制系統(tǒng)中的數據總線，1553B總線電纜網絡的可靠性直接影響到整個系統(tǒng)的正常運行，總線故障甚至會造成難以估計的損失。有關1553B總線電纜網絡的生產加工、系統(tǒng)組裝前等各環(huán)節(jié)的檢測，顯得至關重要。因此，如何對1553B總線電纜網絡進行全面有效的檢測是長期以來的一個重要課題。

　　1553B總線電纜網絡

　　MIL-STD-1553B總線全稱是：飛機內部時分制指令/響應式多路傳輸數據總線，采用可屏蔽雙絞線傳輸數據，以串行數字脈沖形式傳輸信號，其碼元數據采用雙相曼徹斯特碼表示，傳輸速率為1Mbit/s。1553B總線能夠掛32個終端，采用指令/響應型通信協(xié)議，終端類型有三種：總線控制器(BC)、遠程終端(RT)和總線監(jiān)視器(BM)，信息傳輸格式有BC到RT，RT到BC，RT到RT，廣播模式和系統(tǒng)控制模式。作為1553B總線數據的傳輸媒介，1553B總線電纜網絡為多冗余度總線拓撲型結構，連接于各個1553B終端設備之間，完成1553B協(xié)議數據通信。一個完整的1553B電纜網絡(如圖1所示)包括主總線(主干部分)、短接線(連接于各個終端的分支部分)、耦合器(主總線與短接線的連接點)、終止器(連接于主總線兩端)。

　　作為當前宇航電子設備首選的數據總線，國軍標以及美軍標對1553B總線的測試檢驗都作了詳細說明。GJB5186.5以及SAE4115的對1553B總線電纜網絡測試標準和方法作了相關規(guī)范，但其中涉及到的儀器繁多，不利于綜合測試。依照GJB5186.5、SAE4115以及MIL-STD-1553B標準，1553B總線電纜網絡的測試檢驗需要進行：網絡連續(xù)性、網絡動態(tài)故障測試、網絡數據鏈路完整性測試、波形測試—網絡定性分析、波形畸變值Vmin、過零點畸變Zcross、波形對稱性RtZero等。

　　其實，測試系統(tǒng)可配置為一個智能的1553B終端測試設備。它可以連接在1553B總線網絡的任意一個終端上，然后通過軟件控制可以任意工作在BC/RT/BM模式，跟總線網絡上其它所有的終端設備進行各種數據通信，從而測試被測終端設備的各個功能是否正常。同時在進行終端設備功能測試時，系統(tǒng)可以注入或檢測數據字錯誤、命令字錯誤等各種通信錯誤，從而可以快捷而準確地定位被測終端的功能故障。

　　1553B總線電纜網絡自動測試系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)上，1553B電纜網絡性能參數的全面測試，需要用到萬用表、特性阻抗分析儀、示波器、時域反射儀等儀器，整個測試過程十分繁瑣，實施難度大、耗時長，難以形成統(tǒng)一測試報告，效率以及可靠性很低。

　　1553B總線電纜網絡自動測試系統(tǒng)有效地解決了以上問題，可以對1553B總線電纜網絡進行全面的定量、定性測試分析，整個過程全自動完成，無須人工干預，最終形成詳細的測試分析報告，可大大提高測試效率以及可靠性。系統(tǒng)設計

　　本系統(tǒng)采用柜式結構，模塊化設計，主要包括有系統(tǒng)人機交互界面，系統(tǒng)控制處理器，1553B總線測試專用控制器(實現標準1553B總線信號激勵源、測試輔助分析以及測試切換控制等)，數據采集模塊，測試接口面板(實現被測網絡的接入)以及打印機(測試結果報表打印)。圖2是整個系統(tǒng)的功能框圖。

　　系統(tǒng)功能模塊

　　本系統(tǒng)的某些模塊可以直接選用現有模塊來實現，其中負責整個系統(tǒng)測試控制流程、數據分析、算法實現等工作的系統(tǒng)控制處理器，采用穩(wěn)定性很好的工控機來實現;人機交互部分配合工控機選用液晶顯示器、鍵盤鼠標、打印機(實現測試結果報表的打印輸出)，并結合測試界面軟件來實現;數據采集以及阻抗分析模塊采用具有編程接口的數字示波器來實現。

　　專用測試控制器

　　1553B總線電纜網絡專用測試控制器有兩大功能：作為電纜測試的信號源，產生測試用的標準1553B數字信號以及正弦波等激勵信號;完成測試過程中信號源輸入以及信號采集端的切換。專用測試控制器的功能框圖如圖3所示。

　　處理器系統(tǒng)模塊以及1553B總線信號源控制器模塊采用FPGA Cyclone III EP3C55F484 裝載S698 IP核+1553B IP核的形式來實現。珠海歐比特公司自主研發(fā)的S698 IP核是一款可裁減的基于AMBA總線架構的內核，片內帶有豐富的外設，具有很好的可靠性，已廣泛運用于航空航天領域。1553B IP核也是歐比特公司專門為航空、航天測控網絡中的設備開發(fā)的符合1553B協(xié)議的總線控制器模塊。該模塊內部實現了1553B總線協(xié)議處理器和總線數據收發(fā)器，可以完成總線控制器(BC)、遠程終端(RT)和總線監(jiān)視器(BM)三種總線設備的功能。此處S698 IP核和1553B IP核均具有可剪裁性，根據測試系統(tǒng)的需要可以對其功能進行增加或減除。1553B軟核在FPGA內部實現全部MIL-STD-1553B總線協(xié)議的硬件解析，但1553B信號電平的邏輯轉換、驅動需要在外部通過收發(fā)驅動器實現。這里選用HOLT公司的1553B總線收發(fā)驅動器HI-1573進行設計。

　　綜合考慮系統(tǒng)的功能需求，程序存儲器采用了SST公司的8位FLASH，型號為39VF040(512×8bit)，占用處理器的地址范圍為：0x0000000～0x0007ffff;數據存儲器采用了ISSI公司的16位SRAM，型號為IS61LV51216(512×16bit)，占用處理器的地址范圍為：0x4000000～ 0x400fffff。

　　通道切換開關模塊主要完成激勵信號選擇性輸入到被測網絡以及選擇性采集被測網絡上的數據信號，因此用于選擇導通的開關必須具有導通電阻小、導通電容小等特性，從而極大減小開關對激勵信號或被采集信號的影響。綜合考慮各方面因素，選擇歐姆龍繼電器進行設計。

　　為了最大限度地兼容通用的1553B總線電纜網絡的接入測試，接口面板按照可接入32路1553B總線電纜網絡端點的需求來設計，同時每組接插件都是由1個孔型(DK-621-0940-4S)和1個針型(DK-621-0940-4P)插座組成，以兼容外部的針型(DK-621-0939-4P)和孔型插頭(DK-621-0939-4S)。

　　1553B總線終端設備功能測試模塊

　　此模塊主要是完成終端設備的功能測試，模擬一個終端設備工作在BC/RT/BM模式下，跟總線網絡上其它所有的終端設備進行各種數據通信，從而測試被測終端設備的各個功能是否正常。這里選用了珠海歐比特公司研發(fā)的基于PCI接口的1553B功能測試設備EMB1000-PCI1553B-EI，直接插在系統(tǒng)控制器工控機的PCI槽上即可集成在本系統(tǒng)中。EMBC1000-PCI1553B-EI功能強大，并提供VC++環(huán)境下的接口函數，易于系統(tǒng)集成。它具有以下功能特點：

　　1.操作方式、寄存器設置以及存儲器布局等方面同BU-61580完全兼容;

　　2.支持BC、RT、BM工作模式;

　　3.獨立的1553B控制器。

　　軟件編程

　　軟件主要包括上層測試界面軟件和1553B總線測試專用控制器的底層固件兩部分。

　　界面軟件用VC++語言編寫，控制工控機的PCI、USB、RS232等外設接口，從而實現對1553B總線終端設備功能側測試設備EMBC1000-PCI1553B-EI、實現數據采集的泰克數字示波器以及1553B總線網絡專用測試控制器等各個模塊的控制。

　　專用控制器的底層固件主要是實現S698處理器對1553B控制器的控制，包括數據的發(fā)送和接收等，采用標準C編程，程序調試在歐比特公司開發(fā)的針對SPAR V8標準架構處理器的開發(fā)環(huán)境Orin5.0上完成。

　　結語

　　本文介紹了如何實現對1553B總線電纜網絡進行可靠有效的測試檢驗，最終提出一個1553B總線電纜網絡自動測試系統(tǒng)的方案，從而解決了傳統(tǒng)測試的設計測試儀器繁多、過程繁瑣、實施難度大、效率和可靠性低的問題。該方案已經進行實施，形成了產品，經過大量的驗證測試，該系統(tǒng)可以完成1553B總線電纜的全面、快捷、有效可靠的測試，已經廣泛運用于航空航天、海上武器，地面武器等領域。