1553B总线处理器的比较分析与应用设计_总线_终端

（西北工业大学 打算机学院，陕西 西安 710129）

择要：1553B总线在航空、航天、舰船等嵌入式高可靠实时通信领域霸占主要地位。
剖析了1553B总线终真个组成，归纳比较了DDC公司研制的多款1553B总线处理器的发展变革的特色，运用该公司集成度最高的1553B总线处理器，设计了小型化的1553B总线终端，与采取集成度较低的1553B处理器完成的设计方案进行了比较。
结果表明，所设计的终端在体积、功耗、重量方面降幅均超过60%。

0弁言

数字式时分制指令相应型多路传输总线1553B标准最初是由美国为研制联合式航空电子系统制订的通信标准。
由于1553B总线在航电系统上的运用大大提高了飞机的性能，因而逐步扩展到舰船、航天等高可靠通信领域。
虽然1553B总线已发展运用了30年，但由于1553B总线具有集中掌握大略、实时相应、容错可靠、便于掩护、技能成熟等上风，因此在航空、航天、舰船等嵌入式高可靠实时领域1553B总线依然霸占主要的地位。
以最新型的欧洲宽体客机A350XWB为例，在机载局域网中采取了1553B总线实现联网通信。

嵌入式高可靠实时系统功能与性能发展的同时，对系统的体积、功耗、重量等哀求也愈来愈高，在基于1553B总线互联的系统中，每个设备都须要1553B终端才能接入到总线中，因此1553B总线终端在系统中霸占相称的比重。
在知足系统通信哀求下，降落1553B总线终真个设计繁芜度，减少体积、功耗、重量，成为1553B终端设计职员的一项主要的追求目标。

美国数字设备公司（DDC）［1］在1553B总线器件研发、制造及运用方面霸占主要的地位，本文以其不断推新发展的1553B总线处理器芯片为研究工具，剖析归纳了DDC公司将原来与1553B终端实现干系的外围器件不断集成到1553B总线通信处理器中，而且不断扩展1553B总线通信处理器内部可编程能力的趋势，使读者理解1553B总线通信处理器功能不断增强、集成度不断提高的特点，为设计职员选择得当的1553B总线通信处理器供应参考，以知足系统1553B总线功能哀求的同时，也能知足对1553B总线终真个体积、功耗、重量的指标约束条件。

11553B总线终端构成

1553B总线传输速率为1 Mb/s，传输媒介为屏蔽双绞线，可接入32个终端，终端共有三种类型：总线掌握器（Bus Controller，BC）、远程终端（Remote Terminal，RT）和总线监视器（Bus Monitor，BM）。
BC是总线上唯一能组织数据传输的终端；RT是接管总线上BC掌握，完成发送或吸收的终端；BM是吸收总线上并能有选择记录的终端，其仅“监控”总线上信息传输但不参与总线的通信。
在嵌入式高可靠实时系统中，1553B总线为双余度拓扑构造，所有1553B总线终端设备通过变压器耦合办法挂接在总线网络上［2］。

采取变压器耦合办法的1553B总线终端硬件包括：主机接口电路、存储器、1553B协议处理器、双余度总线收发器和隔离变压器。
通用的1553B总线终端硬件构成如图1所示。

主机接口电路、实现主机地址、数据及掌握总线到终端内部总线的缓冲隔离及掌握。
存储器支持主机与终端内部1553B协议处理器对1553B总线数据的存储、读写访问，须要设计存储器共享互斥访问掌握电路，以达到两者可精确访问。

1553B协议处理器按照1553B协议哀求，首先完成1553B的ManchesterⅡ码编译码、数据串并转换与并串转换、数据字同步头的产生与检测、奇校验；其次根据主机规定，作为BC、RT或BM完成总线传输中的任务。
作为BC，组织的发送与精确性判断；作为RT，完成对指令字的识别、状态字的自动相应；作为BM，完成对所有或部分哀求监控的监控并记录。
1553B协议处理器是终真个掌握核心，不仅要访问存储器完成1553B数据的收发及相应状态的修正，而且要与双余度1553B总线收发器连接，将串行数据发送到发送器或从吸收器吸收串行数据，还要供应主机可编程接谈锋能，由主机掌握终真个角色、运行或读取终真个实时状态，在主机通信软件管理下完成1553B总线传输任务。
双余度1553B总线收发器能够将TTL电平的串行Manchester码与双极性的Manchester码相互转化。
两路隔离变压器，源端与双余度1553B总线收发器连接，次端与1553B总线的两条主电缆耦合器分别相连。

21553B通信处理器的变革剖析与比较

从上面1553B总线终端构成可见，为完成1553B总线通信任务，须要至少五部分功能单元电路。

在2000年前，1553B总线生产厂家如UTMC、NHI等公司的1553B协议处理器、总线收发器、变压器等均是独立的器件，因此设计1553B总线终端须要十多个元器件，硬件模块体历年夜、重量重、功耗大。

DDC公司首先认识到集成的必要性和发展趋势，于1995年推出了集成度大幅度提高的1553B前辈通信引擎（ACE）器件［3］，是高集成度的1553B总线通信处理器。
ACE单一器件包含了子系统（设备）主机接口隔离电路、存储器、1553B协议处理器、双余度总线收发器，实现的紧张功能包括：

（1）BC/RT/BM协议一体化设计，由软件配置事情角色；

（2）主处理器接口，灵巧多样，支持8/16 bit模式，可零等待或插入等待；

（3）存储器，64 KB RAM，包含主机与内部协议访问的互斥访问掌握；

（4）内置双余度总线收发器，单5 V供电；

（5）增强BC功能的特色：支持自动重试、可编程间隔韶光、帧自动重复、可编程相应超时时间；

（6）增强RT功能的特色：可编程命令造孽化表，可选择单缓冲、双缓冲、环形缓冲和全局环形缓冲，独立的办法命令中断，可根据子地址进行忙位编程；

（7）增强BM功能的特色：选择监控特色，供应可编程触发选项。

随着半导体微电子工艺水平的发展和提高，在对1553B终端设计哀求不断提高的外界需求推动下， 以ACE为根本，通过集成外部器件提高集成度、改变封装缩小体积、增强内部新的功能扩展通用性等方法，DDC公司在1999年、2004年、2011年和2013年分别推出了MiniACE、MicroACE、TotalACE、TotalACEXtreme四款产品。
下面分别解释这四款范例处理器的紧张特点。

（1）MiniACE将ACE的DIP封装改为“Flat Pack”封装，体积压缩为25.4 mm×25.4 mm×3.3 mm。
比较ACE仅有的CPU局部总线接口，扩展供应了一种PCI总线的接口，为1553B终端作为PCI总线的从设备供应了无缝连接。
但须要外接两个隔离变压器。
（2）MicroACE在MiniACE根本上，不仅增强了BC的编程能力，包括十余种总线表剖断、分支、循环操作码等，方便了用户对总线的掌握，而且改为BGA封装，体积压缩到20.7 mm×20.7 mm×3.3 mm。
供应CPU局部总线接口或PCI总线接口。
须要外接两个隔离变压器。
（3）TotalACE在MicroACE之上，内部集成了两个隔离变压器，是BGA封装，体积为27.9 mm×15.2 mm×4.7 mm，也供应CPU局部总线接口或PCI总线接口。
不须要外接两个隔离变压器。
（4）TotalACEXtreme在TotalACE根本上，增强了能同时做多个RT的功能。
采取更小的BGA封装，体积缩小为16 mm×16 mm×4.7 mm；供应CPU局部总线接口或PCI总线接口。
不须要外接两个隔离变压器。

总结DDC公司以上五款1553B通信处理芯片的特色，比较如表1所示。

31553B总线终端设计

采取UTMC公司低集成度1553B协议处理芯片BCRTM为核心器件［45］，须要增加外部存储器、双余度收发器、两个隔离变压器、主机接口隔离电路、仲裁电路、译码电路、时钟电路等，须要至少10多个功能器件，才能实现一个1553B总线终端，如图2所示。

图2基于低集成度的BCRTM芯片的终端设计框图

而采取最新的Total-ACEXtreme高集成度芯片［6］，因其内部集成了绝大多数电路，只须要再增加时钟、大略的主机接口访问译码电路即可构建一个比UT1553B BCRTM方案功能更全（支持多个RT同时事情、RT&BM模式等功能）的1553B总线终端，如图3所示。

图3基于高集成度TotalACEXtreme的终端设计框图比拟采取集成度较低的UT1553B BCRTM芯片与采取集成度最高的TotalACEXtreme芯片构建1553B总线终真个两种设计方案，后者占用电路板的面积节省了70％，重量减轻约60％，功耗降落约60％，因而大大降落了1553B总线终真个体积、功耗、重量，为系统设计节省了宝贵的资源。

4结论

本文先容了1553B总线终真个功能单元构成，通过剖析DDC公司推出的五款1553B总线处理器的技能特色和发展趋势，解释随着集成电旅程度的提高，1553B总线通信处理器集成的功能电路数量不断增加、完成的功能愈来愈强大、体积越来越小；同时与主设备的接口趋向大略化、做事趋向透明化，从而为1553B设计职员降落1553B总线终端硬件设计繁芜度，减少体积、功耗与重量的目标奠定了根本。

参考文献

［1］ MILSTD1553B Designer′s Guide［Z］.Data Device Corporation.

［2］ 张浩.嵌入式1553B总线通信卡的设计与研究［D］.南京：南京理工大学,2008.

［3］ BU65170/61580 Advanced Communication Engine (ACE) Data Sheet［Z］. Data Device Corporation.

［4］ UT1553B BCRTM manual［Z］. United Technology MicroElectrical Corporation.

［5］ 刘士全,黄正,蔡洁明,等.1553B总线运用竞争访问时序剖析［J］.微型机与运用,2015,34(1):6971.

［6］ TotalAceXtremeTM BU67301B Data Sheet［Z］. Data Device Corporation.