1553B总线通信概述

1、概述

MIL-STD-1553是一种严格、复杂的通信协议，SM61580正是这样一款组件，该组件是通过存储空间的管理来方式来实现组织严密的MIL-STD-1553协议。不言而喻，在使用SM61580的时候，对该组件的空间配置将是一个复杂的工作，这将导致在应用中，对芯片配置的底层工作占据了大量的开发时间，把时间浪费在了对组件结构和组织的理解上，这也是目前MIL-STD-1553通信开发所面临的一个问题之在。

MIL-STD-1553B总线协议是“飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线”代称，是一种集中控制式、命令响应、时分制的串行总线标准，1553总线有实时性好、数据传输完整、总线效率高、适合集中控制的分布式系统等优点，所以它在武器通信中的应用中，有各子系统之间的数据传输、相对独立地工作、易于修改、抗干扰方面等独到之处，1553总线已经成为现代航空机载系统设备互联的关键技术，广泛的应用于飞机、舰船、坦克等武器平台上。

l实时性好,1553B总线的数据传输率为1Mbps，每条消息最多包含32个字，传输一个固定不变的消息所需时间短。数据传输速率比一般的通讯网高。

l合理的差错控制措施和特有的方式命令，为确保数据传输的完整性，1553B采用了合理的差错控制措施――反馈重传纠错方法。当BC向某一RT发出一个命令或发送一个消息时，终端应在给定的响应时间内发回一个状态字，如果传输的消息有错，终端就拒绝发回状态字，由此报告上次消息传输无效。而特有的方式命令不仅使系统能完成数据通讯控制任务，还能检查故障情况并完成容错管理功能。

l总线效率高，总线形式的拓扑结构对总线效率的要求比较高，为此1553B对涉及总线效率指标的某些强制性要求如命令响应时间、消息间隔时间以及每次消息传输的最大和最小数据块的长度都有严格限制。

l具有命令/响应以及“广播”通讯方式，BC能够以“广播”方式向所有RT发送一个时间同步消息，这样总线上的所有消息传输都由总线控制器发出的指令来控制，相关终端对指令应给予响应并执行操作。这种方式非常适合集中控制的分布式处理系统。

2、MIL-STD-1553总线组成

1553总线由3种终端设备：总线控制器(BC)、远端终端(RT)、总线监控器(MT)，各终端之间靠1个多路总线接口(MBI)连接，数据通路所需要通信介质包括双绞屏蔽电缆、隔离电阻、耦合变压器等在内的所有硬件。3种类型的终端分别为：

 

图1 1553总线拓扑结构

l总线控制器(BC)是总线系统中组织信息传输的终端。远程终端(RT),是用户子系统到数据总线上的接口，在BC的控制下提取数据或吸收数据。 

l总线监控器(MT)是总线系统中指定做接收且记录总线上传输的信息并有选择的提取信息以备后用的终端。

l远程终端 (RT)是总线系统中除总线控制器或总线监控器之外的所有终端,在BC的控制之下，和BC设备或者其它RT设备进行数据发送和接收。

3 、MIL-STD-1553总线耦合方式

MIL-STD-1553B标准中规定了两种耦合方式，一种为直接耦合方式，另一种为变压器耦合方式，也称为间接耦合方式。

直接耦合方式时要求，总线接口与终端接口间的数据线距离不能超过 1 英尺（0.3048m），这种情况下直接使用隔离变压器即可。

总线接口与终端间的数据线距离大于 1 英尺（0.3048m）时，必须使用变压器耦合方式（但是这种耦合方式原则上不能超过20 英尺即6.096 米），这时除了使用隔离变压器外必须使用耦合变压器。

图2 直接耦合间接耦合

4 、MIL-STD-1553信息字格式

1553B总线的工作频率是1 Mb/s,，总线系统信息传输的控制权唯一归总线控制器所有；采用指令/响应型的异步操作；信息传输采用半双工方式；数据总线上的信息流由消息组成。总线上传输的基本信息是字。有3种类型的字：命令字、状态字和数据字。每种字的长度为20位，包括3位同步头、16位有效信息及一个奇校验位,，采用曼彻斯特II码构成。

看下图每个字中同步头占3位，正电平和负电平个占1个半字，前高后低是命令字和状态字，前低后高是数据字，1553总线组件就是这样来识别数据还是命令的。另外区分总线上的命令字和状态字，是利用分时机制和消息格式完成。

图3 1553B总线的数据格式

4.1指令/命令字

图4  指令/命令字格式

       如图4所示指令字应由同步头、远程终端地址字段、发送/接收位（T/R）、子地址/方式字段、数据字计数/方式代码字段及奇偶校验位（P）组成。指令字由BC端发出，对应的RT端口接收到指令字做出指令字要求的操作实现数据交互。

4.1.1同步头

        数据字同步头应是一个无效的曼彻斯特波形，其宽度为三个位时，前1.5位时的波形为负，后1.5位时的波形为正。如果该同步头的前后位为逻辑 1，那么同步头的表观宽度将增加到四个位时。

4.1.2 远程终端地址段

        紧跟同步头后的5位应为远程终端地址段。每个远程终端被指定为一个专有地址，从十进制地址0到十进制地址30均可采用，但尽量不采用十进制地址0作为远程终端的专有地址。还指定十进制地址31（11111）为所有远程终端的公用地址，供系统采用广播操作时使用。

4.1.3 发送接收位

        紧接远程终端地址后的一位应为发送/接收位。它应表示要求远程终端作的操作，逻辑0指定远程终端作接收操作，逻辑1指定远程终端作发送操作。

4.1.4 子地址/方式字段

        紧接发送/接收位后的五位，用来区分远程终端的子地址，或者用作总线系统进行方式控制时的标记（00000和11111）。该字段为00000或11111时的，表示此指令字为方式控制指令，若该字段不为00000或11111则表示为RT终端的子地址。所以BC可以通过配置次段来决定指令字的方式，能访问对应RT0x01—0x1E子地址的数据。

4.1.5 数据字计数/方式代码字段

        紧接子地址/方式字段后的五位，用来指定远程终端应发送或应接收的数据字的个数，或者就是配置可任选的方式代码。在任何一个消息块内最多可以发送或接收32个数据字，全1表示十进制记数31，而全0表示十进制记数32。故如果指令字的9-14位为RT子地址,那么此段就表示为发送或者接收消息的个数，否则表示为方式代码。相关的方式代码在1553B协议中已经做了规定，后续会做详细介绍。

4.1.6 奇偶校验位

        字的最后一位应用作为前16位的奇偶校验。1553B采用奇校验的方式来确保数据准确。

4.2数据字

图 5 数据字格式

        如图 5所示数据字由3位的同步字段、16位的数据字段以及1位的奇偶校验位组成。数据字由BC或者RT其中一端发出用来实现两终端之间的数据交互。

4.2.1同步字段

        数据字同步头应是一个无效的曼彻斯特波形，其宽度为三个位时，前1.5位时的波形为负，后1.5位时的波形为正。如果该同步头的前后位为逻辑 1，那么同步头的表观宽度将增加到四个位时。

4.2.2 数据字段

        紧接同步头的后16位为数据存储位，用户可通过填充这16位来实现数据的传输。

4.2.3 奇偶检验位

        字的最后一位应用作为前16位的奇偶校验。1553B采用奇校验的方式来确保数据准确。

4.3 状态字

图6 状态字的格式

如图 6所示状态字由3位的同步段、5位的远程终端地址段、1位的消息出错位、1位的测试手段位、1位的服务请求位、3位的备用段、1位的广播指令接收位、1位的忙位、1位的子系统标志位、1位的动态总线控制接收位、1位的终端标志位和1位的奇偶校验位组成。状态字是由RT端发送给BC端用来表示消息以及RT自身状态的字，同时状态字也作为RT的应答字用来判断1553B总线或者RT设备是否正常工作。

4.3.1 同步头

       数据字同步头应是一个无效的曼彻斯特波形，其宽度为三个位时，前1.5位时的波形为负，后1.5位时的波形为正。如果该同步头的前后位为逻辑 1，那么同步头的表观宽度将增加到四个位时。

4.3.2 远程终端地址字段

        紧跟同步头后的5位应为远程终端地址段。每个远程终端被指定被指定为一个专有地址，从十进制地址0到十进制地址30均可采用，但尽量不采用十进制地址0作为远程终端的专有地址。

4.3.3 消息出错位

        该位在状态字的第9位，用来表示远程终端在已收到的消息中，有一个字或多个字没有通过规定的有效性测试。逻辑1表示消息有差错，逻辑0表示消息无差错。所有的终端应提供消息差错位。

4.3.4 测试手段位

        状态字的第10位作为测试手段位。它在所有条件下总置为逻辑0。该位为可选位，如果使用，指令字中的相应位置为逻辑1，用来区分指令字和状态字。

4.3.5 服务请求位

        状态字的第11位置是服务请求位。表示本远程终端需要服务。要求总线控制器启动与本远程终端或子系统有关的预定操作。当与单一远程终端相连的多个子系统分别请求服务时，远程终端应将它们各自的服务请求信号逻辑“或”成状态字中的单一服务请求。逻辑“或”完成后设计者必须准备好一个数据字，并以相应位置1来标志具体的请求服务子系统。状态字中的“服务请求位”，应维持到几个请求信号都处理完为止。该位仅用来激发随机发生的数据传输操作。

4.3.6 备用状态位

        状态字的第12、13、14位是备用的状态位。应将它们置为逻辑0，这些位留作今后使用

4.3.7 广播指令接收位

        状态位的第15位置为逻辑1，表示本远程终端接收到的上一有效指令字是广播指令字。当系统中未采用广播方式，置该位为逻辑0。

4.3.8 忙位

        状态字的第16位时置位为逻辑1表示远程终端处于忙状态，表示它不能按照总线控制器的指令要求将数据移入子系统或从子系统取数据。如果远程终端在响应发送、指令时置忙位，那么只发出它的状态字。该位为可选位，逻辑0表示空闲状态或者非忙状态。

4.3.9 子系统标志位

        状态字的第17位用来向总线控制器指出子系统故障状态，且警告总线控制器本远程终端提供的数据可能无效。如果与一个远程终端相连的几个子系统都呈现故障状态时，应将它们各自的信号逻辑“或”，形成状态字中的子系统标志位，并将事先准备好的一个数据字中的相应位置1，记录它们的故障报告，用于进一步检测、分析。该位为可选位。逻辑1表示有标志，逻辑0表示无标

4.3.10 动态总线控制接收位

        状态字的第18位时若置为逻辑 1，用来表示本远程终端接受符合协议本身规定的动态总线控制的授命。逻辑 0 表示不接受。该位为可选位。

4.3.11 终端标志位

        状态字的第19位时留作终端标志功能。逻辑1表示本远程终端内部存在故障，请求总线控制器干预。逻辑0表示不存在故障。该位为可选位。

4.3.12 奇偶校验位

        字的最后一位用于前16位的奇偶校验。1553B采用奇校验的方式来确保数据准确。

5、1553B总线特点

①调制方式：串行数字脉冲

②传输速率：1Mbps

③字长度：字的长度为20位，数据有效长度为16位，同步头3位，奇校验1位；传输顺序先高后低。

④字类型：命令字、数据字、状态字

⑤通信方式：半双工

⑥码类型：曼彻斯特Ⅱ型码

⑦奇偶校验：奇校验

⑧传输基本单位：消息，每个消息最大长度为32个字。

⑨状态响应时间大于4微秒且小于12微秒。

本次作为专题讲解，今天就！​