1553B总线通信接口的硬件结构设计

　　一、1553B数据总线协议概述

　　(一)1553B总线定义

　　1553B总线是MIL-STD-1553B是美国军用标准总线的简称，采用时分制指令/响应式多路数据传输协议，已经成为一种广泛应用的标准总线，被认为在未来15年内仍具有很强的生命力。它是通过一种双绞的信号屏蔽线，用一个有源总线控制器BC(Bus Controller)将30个远程终端RT(Remote Terminate)模块和一个总线监控器BM(Bus Monitor)连接在一起，构成一个分布式串行通信网，该通信网能在恶劣的军事环境中，提供高可靠性的数据传输，完成系统中各子系统之间的信息交换，是系统平台进行电子信息化的基础。

　　(二)1553B数据总线的特点

　　1553B总线是一种集中式的时分串行总线，其主要特点是分布处理、集中控制和实时响应。其可靠性机制包括防错功能、容错功能、错误的检测和定位、错误的隔离、错误的校正、系统监控及系统恢复功能。采用双冗余系统，有两个传输通道，保证了良好的容错性和故障隔离。综合起来1553B总线有以下几个优良特点:

　　1、实时性好，1553B总线数据传输速率比一般的通讯网高。

　　2、合理的差错控制措施和特有的方式命令，为确保数据传输的完整性，1553B采用了合理的差错控制措施一反馈重传纠错方法。

　　3、总线效率高，总线形式的拓扑结构对总线效率的要求比较高。

　　4、具有命令/响应以及“广播”通讯方式，非常适合集中控制的分布式处理系统。

　　二、1553B总线接口的硬件结构

　　1553B总线的数据传输是通过屏蔽双绞线进行的，所以1553B总线接口的硬件结构必须提供向双绞线上发送消息或者接收双绞线传输的消息、消息处理以及传输数据给子系统的全部功能，也就是完成了子系统与15538数据总线的通信接口功能。1553E总线接口的结构如图1所示:

　　可以看出，1553B总线接口主要包括3大模块，双通道收发器、1553B协议处理器和接口寄存器。本文的设计重点放在1553B协议处理器和接口寄存器上。

　　(一)1553B协议处理器结构

　　1553B协议处理器是整个1553B总线接口的核心。它完成包括收发消息，数据流控制等多种协议处理流程。因为总线接口可以分为总线控制器BC、远程终端RT和总线监视器BM三种类型，所以协议处理器按功能可以划分为BC, RT或者BM。本设计要实现的BC和RT在有些功能上是相同的，所以部分模块是BC/RT通用的。

　　协议处理器部分经过功能细化后可以大致分为3个模块:

　　1、Manchester编解码模块

　　Manchester编解码是1553B总线接口与双绞线进行数据传输的重要模块。因为设计采用双冗余度总线，所以每一个总线通道都需要一个解码器。它的主要功能就是识别总线上传输的数据的同步头，然后对同步头后面的Manchester编码的数据进行接收，并将接收到的串行编码数据进行类型转换，转换为二进制并行数据，输出给数据流处理模块，并告知数据类型(命令字/状态字/数据字)，方便后续模块处理。

　　2、数据流处理模块:

　　① BC模式:作为总线控制器，要根据子系统的指令发送命令字、方式指令字和数据字。②RT模式:作为远程终端，要接收来自总线控制器的命令字或指令字。

　　3、存储器模块

　　存储器模块包括4个数据缓冲FIFO和一个双口RAM，数据缓冲FIFO用来缓冲接收到的或者待发送的数据。双口RAM作为总线接口的存储设备，用来存储总线上交换的数据字。

　　(二)接口寄存器

　　接口寄存器是以控制和状态寄存器来实现的，主要有以下几个寄存器:

　　远程终端命令字寄存器:RT模式下，存储接收到的所有命令字和方式指令字。

　　接收命令字寄存器:只在RT的模式下使用，信息完整的接收后，命令字会从远程终端命令字寄存器送入此寄存器。

　　第一命令字寄存器:存放BC要发送的命令字，或者存放RT RT传输的第一个命令字。

　　矢量字/第二命令字/方式指令数据寄存器:在BC模式下，可以存放RT RT传输时的第二个命令字或者方式指令需要的数据字;在RT模式下，存放方式指令提取的矢量字。

　　第一状态字寄存器:存放RT返回的状态字，或者是RT RT模式下RT返回的第一个状态字。同步/第二状态字/返回方式指令数据寄存器:在BC模式下，此寄存器既可以存放来自RT RT模式下传输的第二个状态字也可以存放来自RT的方式指令返回字:RT模式下，作为存放带数据字的方式指令字的数据字的寄存器。

　　操作寄存器:子系统用来控制总线接口的寄存器。配置整个接口的功能选择。方式指令寄存器:RT接收到的方式指令。

　　参考文献：

　　[1]潘松，王国栋.VHDL实用教程.成都:电子科技大学出版社.2000

　　[2]赵永库，MIL-STD-1553B总线综合测试系统设计.计算机技术与应用.2005 (25)

　　[3]张豫榕，1553B总线原理及其应用.现代电子工程.2004(4).