1553B电缆网络测试方法研究

作者：董文岳 王祝金 蒋晓华 廖华 珠海欧比特控制工程股份有限公司 

随着航机电一体程度的日益提高，作为当前宇航电子设备首选的数据总线，MIL-STD-1553B总线(以下简称1553B总线)的地位日益突出，已广泛运用于航空航天、海上武器、地面武器等领域。作为星载/箭载/机载/舰载/车载等控制系统中的数据总线，1553B总线电缆网络的可靠性直接影响到整个系统的正常运行，总线故障甚至会造成难以估计的损失。有关1553B总线电缆网络的生产加工、系统组装前等各环节的检测，显得至关重要。因此，如何对1553B总线电缆网络进行全面有效的检测是长期以来的一个重要课题。

1553B总线电缆网络

MIL-STD-1553B总线全称是：飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线，采用可屏蔽双绞线传输数据，以串行数字脉冲形式传输信号，其码元数据采用双相曼彻斯特码表示，传输速率为1Mbit/s。1553B总线能够挂32个终端，采用指令/响应型通信协议，终端类型有三种：总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(BM)，信息传输格式有BC到RT，RT到BC，RT到RT，广播模式和系统控制模式。作为1553B总线数据的传输媒介，1553B总线电缆网络为多冗余度总线拓扑型结构，连接于各个1553B终端设备之间，完成1553B协议数据通信。一个完整的1553B电缆网络(如图1所示)包括主总线(主干部分)、短接线(连接于各个终端的分支部分)、耦合器(主总线与短接线的连接点)、终止器(连接于主总线两端)。

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作为当前宇航电子设备首选的数据总线，国军标以及美军标对1553B总线的测试检验都作了详细说明。GJB5186.5以及SAE4115的对1553B总线电缆网络测试标准和方法作了相关规范，但其中涉及到的仪器繁多，不利于综合测试。依照GJB5186.5、SAE4115以及MIL-STD-1553B标准，1553B总线电缆网络的测试检验需要进行：网络连续性、网络动态故障测试、网络数据链路完整性测试、波形测试—网络定性分析、波形畸变值Vmin、过零点畸变Zcross、波形对称性RtZero等。

其实，测试系统可配置为一个智能的1553B终端测试设备。它可以连接在1553B总线网络的任意一个终端上，然后通过软件控制可以任意工作在BC/RT/BM模式，跟总线网络上其它所有的终端设备进行各种数据通信，从而测试被测终端设备的各个功能是否正常。同时在进行终端设备功能测试时，系统可以注入或检测数据字错误、命令字错误等各种通信错误，从而可以快捷而准确地定位被测终端的功能故障。

1553B总线电缆网络自动测试系统

传统上，1553B电缆网络性能参数的全面测试，需要用到万用表、特性阻抗分析仪、示波器、时域反射仪等仪器，整个测试过程十分繁琐，实施难度大、耗时长，难以形成统一测试报告，效率以及可靠性很低。

1553B总线电缆网络自动测试系统有效地解决了以上问题，可以对1553B总线电缆网络进行全面的定量、定性测试分析，整个过程全自动完成，无须人工干预，最终形成详细的测试分析报告，可大大提高测试效率以及可靠性。

系统设计

本系统采用柜式结构，模块化设计，主要包括有系统人机交互界面，系统控制处理器，1553B总线测试专用控制器(实现标准1553B总线信号激励源、测试辅助分析以及测试切换控制等)，数据采集模块，测试接口面板(实现被测网络的接入)以及打印机(测试结果报表打印)。图2是整个系统的功能框图。

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系统功能模块

本系统的某些模块可以直接选用现有模块来实现，其中负责整个系统测试控制流程、数据分析、算法实现等工作的系统控制处理器，采用稳定性很好的工控机来实现;人机交互部分配合工控机选用液晶显示器、键盘鼠标、打印机(实现测试结果报表的打印输出)，并结合测试界面软件来实现;数据采集以及阻抗分析模块采用具有编程接口的数字示波器来实现。

专用测试控制器

1553B总线电缆网络专用测试控制器有两大功能：作为电缆测试的信号源，产生测试用的标准1553B数字信号以及正弦波等激励信号;完成测试过程中信号源输入以及信号采集端的切换。专用测试控制器的功能框图如图3所示。

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处理器系统模块以及1553B总线信号源控制器模块采用FPGA Cyclone III EP3C55F484 装载S698 IP核+1553B IP核的形式来实现。珠海欧比特公司自主研发的S698 IP核是一款可裁减的基于AMBA总线架构的内核，片内带有丰富的外设，具有很好的可靠性，已广泛运用于航空航天领域。1553B IP核也是欧比特公司专门为航空、航天测控网络中的设备开发的符合1553B协议的总线控制器模块。该模块内部实现了1553B总线协议处理器和总线数据收发器，可以完成总线控制器(BC)、远程终端(RT)和总线监视器(BM)三种总线设备的功能。此处S698 IP核和1553B IP核均具有可剪裁性，根据测试系统的需要可以对其功能进行增加或减除。

1553B软核在FPGA内部实现全部MIL-STD-1553B总线协议的硬件解析，但1553B信号电平的逻辑转换、驱动需要在外部通过收发驱动器实现。这里选用HOLT公司的1553B总线收发驱动器HI-1573进行设计。

综合考虑系统的功能需求，程序存储器采用了SST公司的8位FLASH，型号为39VF040(512×8bit)，占用处理器的地址范围为：0x0000000～0x0007ffff;数据存储器采用了ISSI公司的16位SRAM，型号为IS61LV51216(512×16bit)，占用处理器的地址范围为：0x4000000～ 0x400fffff。

通道切换开关模块主要完成激励信号选择性输入到被测网络以及选择性采集被测网络上的数据信号，因此用于选择导通的开关必须具有导通电阻小、导通电容小等特性，从而极大减小开关对激励信号或被采集信号的影响。综合考虑各方面因素，选择欧姆龙继电器进行设计。

为了最大限度地兼容通用的1553B总线电缆网络的接入测试，接口面板按照可接入32路1553B总线电缆网络端点的需求来设计，同时每组接插件都是由1个孔型(DK-621-0940-4S)和1个针型(DK-621-0940-4P)插座组成，以兼容外部的针型(DK-621-0939-4P)和孔型插头(DK-621-0939-4S)。

1553B总线终端设备功能测试模块

此模块主要是完成终端设备的功能测试，模拟一个终端设备工作在BC/RT/BM模式下，跟总线网络上其它所有的终端设备进行各种数据通信，从而测试被测终端设备的各个功能是否正常。这里选用了珠海欧比特公司研发的基于PCI接口的1553B功能测试设备EMB1000-PCI1553B-EI，直接插在系统控制器工控机的PCI槽上即可集成在本系统中。EMBC1000-PCI1553B-EI功能强大，并提供VC++环境下的接口函数，易于系统集成。它具有以下功能特点：

1.操作方式、寄存器设置以及存储器布局等方面同BU-61580完全兼容;

2.支持BC、RT、BM工作模式;

3.独立的1553B控制器。

软件编程

软件主要包括上层测试界面软件和1553B总线测试专用控制器的底层固件两部分。

界面软件用VC++语言编写，控制工控机的PCI、USB、RS232等外设接口，从而实现对1553B总线终端设备功能侧测试设备EMBC1000-PCI1553B-EI、实现数据采集的泰克数字示波器以及1553B总线网络专用测试控制器等各个模块的控制。

专用控制器的底层固件主要是实现S698处理器对1553B控制器的控制，包括数据的发送和接收等，采用标准C编程，程序调试在欧比特公司开发的针对SPAR V8标准架构处理器的开发环境Orin5.0上完成。

结语

本文介绍了如何实现对1553B总线电缆网络进行可靠有效的测试检验，最终提出一个1553B总线电缆网络自动测试系统的方案，从而解决了传统测试的设计测试仪器繁多、过程繁琐、实施难度大、效率和可靠性低的问题。该方案已经进行实施，形成了产品，经过大量的验证测试，该系统可以完成1553B总线电缆的全面、快捷、有效可靠的测试，已经广泛运用于航空航天、海上武器，地面武器等领域。

参考文献：

[1] 国防科学技术工业委员会.GJB5186 数字式时分制指令/响应型多路传输数据总线测试方法[S].2004

[2]AEROSPACE STANDARD SAE4115 SAE Internetional Group[S].2006

[3] Altera Corporation. CycloneIII Device Handbook[R].2008,1

[4] MIL-HDBK-1553A(美国军方1553标准)[S]

[5]欧比特公司.EMBC1000-PCI1553B-EI用户手册 V1.5[R].2009

[6] DDC公司.1553 User’s Guide.2003

[7] DDC公司.MIL-STD-1553 DESIGNED’s guide.2003

[8] 欧比特公司.OBT1553应用手册[R].2007

[9]HI-1573, HI-1574 datasheet:HOL T INTEGRATED CIRCUITS.2006

[10]欧比特公司.S698-ECR用户手册.2004