1553B总线

1. 1553B总线简介

• 特性：
  1553B数据总线具有双向输出特性，实时性和可靠性高，广泛应用于运输机、民航客机、军用飞机以及航天系统。
• 工作参数：
  
  • 工作频率：1 Mb/s
  • 编码方式：曼彻斯特II码
  • 工作方式：半双工
• 主要硬件：
  
  • 总线控制器（BC）
  • 远端终端（RT）
  • 总线监控器（BM）（可选）
  • 多路总线接口（MBI，可嵌入计算机）

消息格式

• 消息种类：10种
• 字结构：每个消息至少包含2个字；每个字有16个消息位、1个奇偶校验位和3个位长的同步头。

通信协议

• 类型：指令/响应型通信协议
• 终端分类：
  1. 总线控制器（BC）：唯一负责启动和建立数据传输任务的终端。
  2. 远程终端（RT）：作为用户子系统接口，受BC控制传输数据。
  3. 总线监控器（BM）：监控数据传输，记录和分析数据，但不参与通信。

2. 1553B工作原理

• 工作模式：

  1. BC模式：发起总线访问，发送命令字或数据字。
  2. RT模式：响应总线访问，发送状态字或数据字。
  3. BM模式：监视总线访问，不发送任何消息字。

• 总线字类型：

  1. 命令字
  2. 数据字
  3. 状态字

字结构详解

1. 命令字：

   • 同步头：3bit
   • RT地址：5bit
   • 传输方向：1bit（0=BC→RT，1=RT→BC）
   • 数据字数量/模式代码：5bit
   • 奇偶校验：1bit

2. 数据字：

   • 同步头：3bit
   • 数据位：16bit
   • 奇偶校验：1bit

3. 状态字：

   • 同步头：3bit
   • RT地址：5bit
   • 状态信息：11bit（含3bit保留）
   • 奇偶校验：1bit

3. 1553B通信方式

基本消息传输类型

1. BC→RT（T/R=0）
2. RT→BC（T/R=1）
3. RT→RT（BC→RT + RT→BC）

衍生消息传输类型

1. 广播消息：RT地址=31
2. 方式代码：子地址=0或31

通信流程

1. BC→RT发送数据：
   
   • BC发送命令字后传输数据字；RT接收到数据后返回状态字，表明接收完成。
2. RT→BC发送数据：
   
   • BC发送命令字，RT响应后发送状态字和数据字。

• 编码方式：曼彻斯特编码
  
  • 上升沿表示逻辑“1”，下降沿表示逻辑“0”。
  • 时钟频率：1 MHz

4. 1553B传输方式

1. 周期消息：
   • 按一定周期循环发送消息，周期称为帧周期。
   • 一个帧周期内可发送多条消息。
2. 偶发消息：
   
   • 条件触发，仅执行一次。
   • 执行机制：
     
     • 有周期消息执行时：插入帧周期内发送。
     • 无周期消息执行时：启动BC后立即发送。

5. 1553B耦合方式

• 直接耦合
• 变压器耦合（主流方式）：
  
  • 优势：阻抗匹配、抑制共模噪声，保证波形完整。

6. 1553B总线字格式

(1) 命令字

BC（总线控制器）使用命令字向 RT（远程终端）下达命令或指定操作。

解释：
    若 SA 的值为特殊模式码，则命令字指示特殊的操作，如RT初始化等。 WC 的值为0时，表示“无数据传输”操作。

(2) 状态字

RT 通过状态字响应 BC 的命令，报告其状态和执行结果。

解释：
    BC 使用状态字确定RT是否执行命令成功或是否存在故障。

(3) 数据字

包含实际要传输的数据，由BC或RT发送。

解释：
    数据字通常是传感器数据、控制命令或其他需要在总线上传输的实际信息。

(4) 通用特性

• 字长固定：20位
  
  • 前3位：同步（Sync）
  • 最后一位：奇偶校验（Parity）
  • 中间字段：依据字类型不同意义不同
• 同步位：
  • 命令字和状态字使用指令同步模式。
  • 数据字使用数据同步模式。
• 奇偶校验：用于检测单字传输错误。

(5) 通信流程

1. BC发起通信：发送命令字，指定目标RT和操作。
2. RT响应：返回状态字或数据字。
3. 数据传输：BC与RT之间交换数据字。

7．1553B总线承载的业务

1553B 总线（又称 MIL-STD-1553B）是一种广泛用于航空航天和军事应用中的数据传输标准。它是一种双向、全双工的串行总线系统，专为实现高速、可靠的数据通信而设计，常用于连接飞机、卫星、导弹等系统中的各类设备。1553B 总线支持多个设备在一个总线上通信，并保证高可靠性和抗干扰性。该总线可以承载各种类型的业务，包括数据传输、指令控制和系统状态监控等。

（1）1553B 总线承载的业务

1. 指令控制业务（Command-Response）

• 1553B 总线采用主-从式（Master-Slave）通信方式，主设备（通常是机载计算机或控制器）向从设备（如传感器、执行器、显示器等）发送指令，从设备根据指令响应相应的数据。
• 每个总线上最多可以连接 31 个从设备。总线的通信通过时间分复用实现，即通过时间分片（时间片轮转）来实现多设备间的通信。

2. 数据传输业务

• 数据传输业务是1553B 总线的核心应用，它承载了各种控制和数据处理任务。通过1553B总线，系统中的各个设备可以传输控制命令、测量数据、反馈信息等。数据传输有时是单向的，也可以是双向的（主设备与从设备间的交互）。
  • 单向数据传输：例如，主设备发出命令，从设备返回响应数据。
  • 双向数据传输：主设备与从设备之间可以交换更多的控制数据、状态信息或传感器反馈数据。

3. 状态监控与诊断

• 1553B 总线还被广泛用于承载系统状态监控和自诊断功能。通过1553B总线，主设备可以检测从设备的工作状态（如工作正常、故障、警告等）。这些信息可以帮助系统进行自检和故障诊断。
  • 例如，飞机的控制系统可以通过1553B总线监控发动机的状态，检测是否有故障发生，从而进行预警和处理。

4. 同步时钟传输

• 1553B 总线有一种专门的同步机制，主设备负责生成并提供时钟信号。从设备根据主设备提供的时钟信号进行同步，从而保证了总线上通信的时序一致性。
• 主设备的时钟信号确保所有设备都在相同的时间基准上进行通信，保证数据传输不会因为时序不一致而产生错误。

5. 数据存储与转发

• 1553B 总线中的某些设备可以充当数据存储和转发的角色。例如，一些从设备可能存储一段时间内的测量数据或日志，并在主设备请求时通过总线发送。
• 这种方式常见于需要记录大量数据的应用中，例如航天器上的传感器、飞行记录仪等。

8．1553B 总线的承载方式

1. 总线拓扑与数据传输方式

• 总线拓扑：1553B 总线通常采用 双线 总线（主要线和备用线）构成的拓扑结构。每条线有 一对信号线，用于传输数据。
• 数据传输方式：1553B 总线采用 差分信号传输，即使用两根信号线（+和-）来传输数据，这样可以有效减少噪声干扰和电磁干扰（EMI）。

2. 时间分复用机制

• 1553B 总线的通信机制基于 时间分复用。总线在一个固定的时间段内分配不同的时间片给不同的设备，每个设备按照时间片轮流占用总线进行通信。
• 在每个时间片中，主设备向从设备发送控制命令，并接收响应的数据。数据包按照固定格式进行传输，主设备和从设备之间的通信在时间上是互不干扰的。

3. 消息格式与数据承载

• 1553B 总线的消息格式通常包括：
  • 命令字（Command Word）：指定从设备的地址、命令操作类型、数据长度等。
  • 数据字（Data Word）：实际传输的数据内容。
  • 响应字（Status Word）：从设备的反馈信息，指示命令执行的结果。
• 每条消息通常为 20位数据字，每个数据字是16位数据 + 4位控制信息。数据传输的内容包括操作码、地址、数据字等，数据的传输速率为 1 Mbps。

4. 冗余与容错机制

• 1553B 总线采用 冗余线路 以保证数据传输的可靠性。通过两个物理通道（主线和备用线）来传输数据，从而增加了容错能力。
• 当一条线路出现故障时，系统会自动切换到备用线继续工作，确保通信不中断。这对于航空航天等高可靠性要求的场合尤为重要。

9．1553B 总线设备列表

下表为MIL-STD-1553B 总线可能连接的设备及其功能：