mil__std__1553b数据总线协议学士学位论文.doc

1 绪论 1.1 引言 随着科技的发展及战争的需要，战车、舰船、飞机等武器平台上电子设备越来越多，越来越复杂，于是将电子设备按一定的协议联网加以有效地综合，使之达到资源和功能共享已成为必然的要求。电子综合的支撑技术是联网技术，而武器平台上的联网技术不同于一般的局域网络技术，它特别强调网络的可靠性和实时性[1]。1553B总线最初是在七十年代末为适应飞机的发展由美国提出的飞机内部电子系统联网标准，其后由于它的高可靠性和灵活性而在其他的机动武器平台上也得到了较广泛的应用。 MIL-STD-1553B是70年代发展起来的“ 飞机内部时分制指令响应式多路传输数据总线”,它具有可靠性高、速度快、反应灵敏、双冗余等特点,特别适用于快速反应武器系统[2]。虽然其传输速率只有1Mbit/s,但它并没有因后来发展起来的高速网遭淘汰, 而是随微电子技术和计算机技术的发展而不断提高。世界上许多集成电路公司和厂家都不断开发和生产集成度更高、通用性更强的1553B总线系列器件。这些器件优化了1553B总线通讯接口,减轻了主机的通讯负担,从而提高了系统的可靠性[3]。 1.2国内外1553B总线研究发展状况及涉及领域 随着时代的发展，对于增加飞机推力、改善气动性能等技术的成熟，航空系统设计任务的重点，逐渐集中在飞机内部的电子设计上。与此同时，信息工程、计算机技术、控制技术、电子技术都有了长足的进步。航空电子综合化技术就是在这样的背景下产生的[3]。技术的核心问题是实现信息采集、处理、分配、存储的一个系统。MIL-STD-1553B多路总线是综合化航空电子系统设备间的数据交换纽带，它将所有的综合化航空电子子系统连接在一起，共同构成具有特殊性的分布式计算机网络，从而实现综合系统内部的信息共享和系统综合化控制。 航空电子系统中，不仅需要不同的硬件接口来应付不同的航空设备，而且航空设备内部接口连线也十分复杂和混乱，可靠性能也不高[3]。为了解决这个状况，提出了在航空电子系统中使用数据总线，使得不同的航空电子设备之间能够互相通信。美国军方提出的MIL-STD-1553B数据总线协议就是在航空电子综合化技术发展过程中形成的现代航空机载系统设备互联的网络接口标准。从推出到现在，经过三十多年的发展，1553B总线技术也在不断的改进。目前1553B总线已经成为在航空航天领域占统治地位的总线标准。 国内对 1553B 总线协议进行了跟踪研究,制定了相应的国军标 GJB289A,科研院所和相关单位在这方面做了大量的工作，也取得了一定的成绩。如成都恩菲特公司自主研发的 eph31580 型芯片[1]。如图1.2所示： 图1.1 成都恩菲特eph31580 型芯片 1.3本论文的研究内容及安排 从接口实现的具体功能出发，采用自顶向下的设计思想，结合大型可编程逻辑器件的特点，提出了一种基于FPGA的1553B总线接口系统的设计方法。对系统进行了总体分析及结构设计，使用硬件描述语言VHDL对设计进行了描述，最后在FPGA上进行了实现。 1553B总线系统的关键核心部分是总线接口芯片，在充分检索相关资料后，对MIL-STD-1553B数据总线协议进行分析研究，设计基于FPGA的1553B总线控制器，并要设计预留工作方式选择信号及控制信号，以可将总线控制器、远程终端接口、总线监视器结合起来以达到通用航空总线接口的功能。完成相应的软件系统语言程序最后经综合和仿真验证后，在特定的FPGA中实现。 采取的设计步骤安排如下： 第1章：主要阐述了MIL-STD-1553B总线技术的国内外发展情况以及相关领域的运用。 第2章：查找一些MIL-STD-1553B数据总线协议的资料，并对其进行初步的制定步骤。 第3章：结合相关书籍和设计方法对1553B总线接口提出总体的设计方案。 第4章：应用1553B总线接口的具体设计与实现FPGA，并最后对其中每个小模块的设计作详细的设计。 第5章：1553B总线接口试验分析，主要介绍总线接口芯片测试系统设计及其测试的结果分析以及系统性能分析。 第6章：总结了本文的研究设计工作，并对将来进一步的工作做了展望。 2 MIL-STD-1553B数据总线协议简介 2.1 1553B数据总线的应用和特点 由于其传输速率高，设备之间连接简单灵活，噪声容限高，通信效率高而且可靠，为美军标所采用，将其作为机载设备相互通信的总线标准。从推出到现在，经过三十年的发展，1553B总线技术也在不断的改进。目前1553B总线已经成为在航空航天领域占统治地位的总线标准[4]。 MIL-STD-1553B的其可靠性、稳定性的特点，在美国等过早已得到认可，且对1553B的使用，已由军飞机的使用扩展到坦克、船舶、卫星、武器等领域。 图2.1 1553B航空总线的大体应用领域 综合起来1