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1553B总线技术概述
一、 1553B总线起源
二十世纪60 年代以前, 航空电子学是简单、 独立系统, 航空、 通信、 飞行控制和显
示器由模拟系统组成; 信号关键由模拟电压、 同-异步信号和接触式开关组成。上世纪60 年代, 由导航/平显/武器瞄准系统(INS/HUD/WACS)组成综合火控系统, 配上远距空射武器, 使战斗机如虎添翼。但作战信息数据总量暴涨, 而设备间接口各异, 互联协同难度大, 成为作战效能瓶颈。同时, 因为缺乏统一标准, 开发、 维护和改善成本不停上升。其次, 为了降低系统所需要“黑箱子”数量, 在各系统之间共享信息也变得越来越需要了。伴随数字技术出现, 数字计算机已应用到航空设备系统中, 然而需要数模转换仍限制其在此领域广泛应用。伴随技术不停完善和发展, 航空电子设备系统也变成数字化了; 然而航空电子设备之间通信仍然十分复杂和凌乱, 且需要不一样硬件接口来应付不一样航空设备（如图1）; 在不一样航空设备接口连线也十分复杂和混乱, 安全性能也不高。为了简化这一情况, 就提出了数据总线, 即在不一样时刻和不一样航空电子设备之间能相互通信（如图2）。

图 1 传统航空设备通讯

图 2 航空设备数据总线通讯

美国SAE A2K委员会在军方和工业界支持下于1968年决定开发标准信号多路传输系统, 并于1973年公布了MIL-STD-1553B标准。1973年1553B多路传输数据总线成为了未来军机将采取技术, 它替换了在传感器、 计算机、 指示器和其她飞机设备间传输数据庞大设备, 大大降低了飞机重量, 而且使用简单、 灵活, 此标准修订本于1978年公布, 即MIL-STD-1553B标准。1980年, 美国空军又对该标准作了局部修改和补充。该标准作为美国国防部武器系统集成和标准化管理基础之一, 被广泛用于飞机综合航电系统、 外挂物管理与集成系统, 并逐步扩展到飞行控制等系统及坦克、 舰船、 航天等领域。它最初由美国空军用于飞机航空电子系统, 现在已广泛应用于美国和欧洲海、 陆、 空三军, 而且正在成为一个国际标准。中国于1987年颁布了对应军标。
二、 1553B总线特点
1553B总线是一个集中式时分串行总线, 其关键特点是分布处理、 集中控制和实时响应。其可靠性机制包含防错功效、 容错功效、 错误检测和定位、 错误隔离、 错误校正、 系统监控及系统恢复功效。采取双冗余系统, 有两个传输通道, 确保了良好容错性和故障隔离。综合起来1553B总线有以下多个特点: 　　
　　一是实时性好, 1553B总线数据传输率为1Mbps, 每条消息最多包含32个字, 传输一个固定不变消息所需时间短。数据传输速率比通常通讯网高。 　　
　　二是合理差错控制方法和特有方法命令, 为确保数据传输完整性, 1553B采取了合理差错控制方法――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, 终端应在给定响应时间内发回一个状态字, 假如传输消息有错, 终端就拒绝发回状态字, 由此汇报上次消息传输无效。而特有方法命令不仅使系统能完成数据通讯控制任务, 还能检验故障情况并完成容错管理功效。
　　三是总线效率高, 总线形式拓扑结构对总线效率要求比较高, 为此1553B对包含总线效率指标一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最大和最小数据块长度都有严格限制。 　　
　　四是含有命令/响应以及“广播”通讯方法, BC能够以“广播”方法向全部RT发送一个时间同时消息, 这么总线上全部消息传输都由总线控制器发出指令来控制, 相关终端对指令应给予响应并实施操作。这种方法非常适合集中控制分布式处理系统。但1553B 总线价格高昂, 限制了它在工业领域普遍性应用。
三、 1553B总线传输机制
1553B总线上信息是以消息(Message)形式调制成曼彻斯**进行传输。每条消息最长由32个字组成, 全部字分为三类: 命令字、 数据字和状态字。每个字长度为20位比特, 且由3 部分组成: 同时域（3 个比特位）、 消息块（16 个比特位）和奇偶位（1 个比特位）。在同时域中（第1 到第3 位）1 个半比特位为高电平, 1 个半比特位为低电平; 命令字和状态字在同时域中相同, 先高电平再为低电平; 而数据字则相反, 先低电平再为高电平。在消息块中（第4 到第19 位）它们之间都不相同; 第20 位为奇偶位。命令字、 数据字和状态字各位定义见图3。
在这三种类型字中, 命令字位于每条消息起始部分, 其内容要求了该次传输具体要求。状态字只能由RT(远程终端)发出, 它内容代表RT对BC(总线控制器)发出有效命令反馈。BC能够依据状态字内容来决定下一步采取什么样操作。数据字既能够由BC传输到某RT, 也能够从某RT传输至BC, 或者从某RT传输到另一RT, 它内容代表传输数据。
　　1553B总线上消息传输过程是:总线控制器向某一终端公布一个接收/发送指令, 终端在给定响应时间范围内发回一个状态字并实施消息接收/发送。BC经过验收RT回复状态字来检验传输是否成功并做后续操作。
消息是组成1553B总线通讯基础单位, 假如需要完成一定功效, 就要将多个消息组织起来, 形成一个新结构叫做帧(Frame)。帧结构示意图见图4。在图中, 完成一个消息时间称为消息时间, 两个消息之间间隔称为消息间隔时间, 完成一个帧时间称为帧时间。在实际应用中这三种时间都是能够经过编程设置。帧传输方法可分为两部分: 帧传输方法和广播帧传输方法。在帧传输方法中有六种帧传输格式, 分别为BC 到RT、 RT 到BC、 RT 到RT 和命令模式三种（即不带数据命令模式、 带数据发送命令模式和带数据接收命令模式）; 在广播帧传输方法中有四种广播帧传输格式, 分别为BC 到RT、 RT 到RT 和广播命令模式二种（不带数据广播命令模式和带数据广播命令模式）。

图 3 命令字、 数据字和状态字各位定义

图 4 帧结构示意图
四、 1553B总线优点
　　1、 线性局域网络结构 合理拓扑结构使得1553B总线成为航空系统或地面车辆系统中分布式设备理想连接方法。与点对点连接 相比, 它降低了所需电缆、 所需空间和系统重量。便于维护, 易于增加或删除节点, 提升设计灵活性。
　　2、 冗余容错能力 因为其固有双通道设计, 1553B总线经过在两个通道间自动切换来取得冗余容错能力, 提升可靠性。通道自动切换对软件透明。
　　3、 支持“哑”节点和“智能”节点 1553B总线支持非智能远程终端。这种远程终端提供与传感器和激励器连接接口。十分适合智能中央处理模块和分布式隶属设备连接。
　　4、 高水平电器保障性能 因为采取了电气屏蔽和总线耦合方法, 每个节点都能够安全地与网络隔离; 降低了潜在损坏计算机等设备可能性。
　　5、 良好器件可用性 1553B总线器件制造工艺满足了大范围温度改变以及军标要求。器件商品化使得1553B总线得以广泛地应用在苛刻环境项目当中。
　　6、 确保了实时可确定性 1553B总线命令/响应协议方法确保了实时可确定性。这可能是大多数系统设计者在设计使命关键系统中选择1553B总线最关键原因。
五、 1553B总线发展现实状况
基于军事上需要, 现在武器上电子设备不停增加, 怎样将电子设备加以有效综合, 从而使之达成资源和功效综合已成为武器发展肯定要求。武器综合电子系统基础就是采取数据总线结构, 利用数据总线使处理机（包含硬件和软件）、 信息传输以及控制显示3个分系统为多种任务所共用。这么就含有以下优点: 降低武器设备体积和重量, 提升武器系统可靠性, 降低成本, 提升检测精度等。现代武器对本身通信系统要求通常有以下几点:
　　一是能有效实现各子系统之间数据传输, 且满足特定通信特征;
　　二是通信子系统相对独立地工作, 对应用软件尽可能透明, 且占用主机时间尽可能少。
　　三是通信系统灵活, 易于修改。
　　四是通信子系统含有较强抗干扰能力。
　　而1553B总线优良性能恰好能满足上面几点要求, 从而使其在现代武器系统中得到了越来越多重视, 已成为战车、 舰船、 飞机等武器平台上电子系统关键工作支柱。
　　航空电子系统通常包含十多个机载计算机子系统, 怎样有效实现各子系统之间数据通信对整个航空系统成败无疑起着关键性作用。自1973年美国公布了军用标准MIL－STD－1553B总线后, 它就快速被应用于空军, 在F－16、 F－18、 B－1和AV－SB等多个飞机上得到应用。1553B总线在武器通信系统应用中关键技术通常有以下几条:
　　一是总线接口硬件和软件设计。采取接口卡或接口控制器形式与武器各子系统硬件连接。同时, 需要编写对应通信控制软件, 包含传输层软件和驱动层软件, 经过信息和资源共享, 根据武器作战目标, 在应用层上真正实现功效综合。
　　二是接口控制文件（Interface Control Document 缩写ICD）。ICD由经过1553B数据总线在武器各电子设备之间互联接口信号组成。依据武器控制策略和控制目标, 必需编写符合要求ICD文件, 确定总线上传输周期性数据和数据。只有这么才能确定数据流之间相互关系, 高效率实现功效综合, 有效提升武器作战性能。
　　三是总线表。总线表是指一个周期内全部可能传输总线命令集。依据武器平台控制要求, 确定一个周期内传输命令和消息队列, 根据大小周期划分时间片, 对消息队列进行排序和优化, 使总线负载达成平衡, 提升总线利用率和数据传输实时性。

图 5 战机1553B总线结构
中国军队正处于由机械化到信息化发展阶段, 中国新型战斗机已经全方面换装GJB289A(MIL-STD-1553B)数据总线, 如: 歼八II、 歼11、 "山鹰" 号新一代教练机、 FC-1等, 中国军舰也正在采取MIL-STD-1553B数据总线, 比如167驱逐舰。其它武器平台也将逐步采取GJB289A(MIL-STD-1553B)数据总线。
在航天方面, 中国已经将MIL-STD-1553B数据总线应用到卫星/飞船应用系统中, 并取得了一定结果。利用MIL-STD-1553B数据总线不仅能够将卫星/飞船各个分系统有机结合起来, 而且大大提升了系统可扩展性与可维护性。比如: GX-1卫星就采取了MIL-STD-1553B数据总线。能够预见, MIL-STD-1553B总线将在航天领域得到广泛应用
未来十年到十五年内, MIL-STD-1553B仍将是中国航空航天关键航电总线之一。伴随现代航电综合化要求加强, 航电通讯系统关键性不停提升, MIL-STD-1553B作为现在首选航电总线, 其关键作用也日益突出。