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[導(dǎo)讀]隨著航機電一體程度的日益提高,作為當前宇航電子設(shè)備首選的數(shù)據(jù)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(lǐng)域。作為星載/箭載/機載/艦載/車載等控制

隨著航機電一體程度的日益提高,作為當前宇航電子設(shè)備首選的數(shù)據(jù)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(lǐng)域。作為星載/箭載/機載/艦載/車載等控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)總線,1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)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?xí)斐呻y以估計的損失。有關(guān)1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)加工、系統(tǒng)組裝前等各環(huán)節(jié)的檢測,顯得至關(guān)重要。因此,如何對1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)

  MIL-STD-1553B總線全稱是:飛機內(nèi)部時分制指令/響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線,采用可屏蔽雙絞線傳輸數(shù)據(jù),以串行數(shù)字脈沖形式傳輸信號,其碼元數(shù)據(jù)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(yīng)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(shù)據(jù)的傳輸媒介,1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)為多冗余度總線拓撲型結(jié)構(gòu),連接于各個1553B終端設(shè)備之間,完成1553B協(xié)議數(shù)據(jù)通信。一個完整的1553B電纜網(wǎng)絡(luò)(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(shè)備首選的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)測試標準和方法作了相關(guān)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(wǎng)絡(luò)的測試檢驗需要進行:網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)故障測試、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路完整性測試、波形測試—網(wǎng)絡(luò)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(shè)備。它可以連接在1553B總線網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)上其它所有的終端設(shè)備進行各種數(shù)據(jù)通信,從而測試被測終端設(shè)備的各個功能是否正常。同時在進行終端設(shè)備功能測試時,系統(tǒng)可以注入或檢測數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)自動測試系統(tǒng)

  傳統(tǒng)上,1553B電纜網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)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(yù),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(shè)計

  本系統(tǒng)采用柜式結(jié)構(gòu),模塊化設(shè)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(xiàn)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(shù)據(jù)采集模塊,測試接口面板(實現(xiàn)被測網(wǎng)絡(luò)的接入)以及打印機(測試結(jié)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(xiàn)有模塊來實現(xiàn),其中負責(zé)整個系統(tǒng)測試控制流程、數(shù)據(jù)分析、算法實現(xiàn)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(xiàn);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(xiàn)測試結(jié)果報表的打印輸出),并結(jié)合測試界面軟件來實現(xiàn);數(shù)據(jù)采集以及阻抗分析模塊采用具有編程接口的數(shù)字示波器來實現(xiàn)。

  專用測試控制器

  1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)專用測試控制器有兩大功能:作為電纜測試的信號源,產(chǎn)生測試用的標準1553B數(shù)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(xiàn)。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(gòu)的內(nèi)核,片內(nèi)帶有豐富的外設(shè),具有很好的可靠性,已廣泛運用于航空航天領(lǐng)域。1553B IP核也是歐比特公司專門為航空、航天測控網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備開發(fā)的符合1553B協(xié)議的總線控制器模塊。該模塊內(nèi)部實現(xiàn)了1553B總線協(xié)議處理器和總線數(shù)據(jù)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(shè)備的功能。此處S698 IP核和1553B IP核均具有可剪裁性,根據(jù)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(nèi)部實現(xiàn)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(zhuǎn)換、驅(qū)動需要在外部通過收發(fā)驅(qū)動器實現(xiàn)。這里選用HOLT公司的1553B總線收發(fā)驅(qū)動器HI-1573進行設(shè)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(shù)據(jù)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(guān)模塊主要完成激勵信號選擇性輸入到被測網(wǎng)絡(luò)以及選擇性采集被測網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)信號,因此用于選擇導(dǎo)通的開關(guān)必須具有導(dǎo)通電阻小、導(dǎo)通電容小等特性,從而極大減小開關(guān)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(shè)計。

  為了最大限度地兼容通用的1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)的接入測試,接口面板按照可接入32路1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)端點的需求來設(shè)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(shè)備功能測試模塊

  此模塊主要是完成終端設(shè)備的功能測試,模擬一個終端設(shè)備工作在BC/RT/BM模式下,跟總線網(wǎng)絡(luò)上其它所有的終端設(shè)備進行各種數(shù)據(jù)通信,從而測試被測終端設(shè)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(shè)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(shù),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(shè)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(shè)接口,從而實現(xiàn)對1553B總線終端設(shè)備功能側(cè)測試設(shè)備EMBC1000-PCI1553B-EI、實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的泰克數(shù)字示波器以及1553B總線網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)S698處理器對1553B控制器的控制,包括數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等,采用標準C編程,程序調(diào)試在歐比特公司開發(fā)的針對SPAR V8標準架構(gòu)處理器的開發(fā)環(huán)境Orin5.0上完成。

  結(jié)語

  本文介紹了如何實現(xiàn)對1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)進行可靠有效的測試檢驗,最終提出一個1553B總線電纜網(wǎng)絡(luò)自動測試系統(tǒng)的方案,從而解決了傳統(tǒng)測試的設(shè)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(jīng)進行實施,形成了產(chǎn)品,經(jīng)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(jīng)廣泛運用于航空航天、海上武器,地面武器等領(lǐng)域。

 

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