机载PD火控雷达系统1553B总线驱动层与传输层软件界面分析

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1　引言
　　多功能机载脉冲多普勒火控雷达（简称PD雷达）是航空电子系统的一个重要组成部分。由于其重要地位和综合处理能力，一些作战飞机直接以PD雷达为中心，为飞行员提供功能齐全、界面友好、制导精确的综合化火控系统，因此现代化的PD雷达往往具有较为复杂的对外接口关系。另一方面，PD雷达需要从强杂波背景中提取目标回波信息，系统也具有相当复杂的内部接口关系。在PD雷达的研制中，内、外部通讯问题一直是影响系统开发的关键技术问题之一。解决通讯问题的有效手段便是在系统中广泛采用总线技术，ARINC429总线、Q总线和位总线等通讯技术均已在国内外PD雷达系统中得到应用，而1553B总线则是80代以来在PD雷达中应用最为普遍的通讯技术。1553B总线通讯系统由一个总线控制器(Bus Controller, BC)和若干个远程终端(Remote Terminal, RT)组成。BC实现整个总线系统的通讯调度和本节点与其它节点之间的通讯，RT仅实现本节点与其它节点之间的通讯，它们的通讯体系结构可以用图1所示的5个层次来表示，某一层的服务就是该层及其以下各层的一种能力，它通过接口提供给更高的一层〔1〕，其中物理层主要指用于信息传输的物理媒体，即双绞线和同轴电缆等；链路层实现在相邻节点间的线路上以帧为单位的信息传输，主要包括实现1553B通讯协议的芯片及辅助电路；传输层实现以数据组或包为单位的信息传输；驱动层实现以报文为单位的信息传输；应用层通过控制调度驱动层实现不同节点上应用进程之间的信息传输。在此5个层次中，物理层和链路层属于硬件范畴，传输层以上属于软件范畴。由于PD雷达计算机中包含多个CPU处理板，所以传输层软件往往单独驻留在专门的总线接口(Multiplex Bus Interface, MBI)板上，而驱动层软件则驻留在被称为宿主机的通用计算机上，它们体现了1553B总线通讯的主要特征，因此对此两个层次之间的软件界面进行深入细致的分析，对于设计高效可靠的总线通讯软件尤为重要。

图1　1553B总线通讯结构示意图

　　本文首先介绍传输层软件与驱动层软件之间的接口区域——双口区的硬件特性及数据结构，随后分析总线通讯过程中的读写锁机制、双缓冲区机制和时钟同步RTC机制，这些因素将决定总线通讯软件的设计要点。

2　双口RAM区
　　在机载PD雷达中，1553B总线驱动层与传输层软件之间的信息交换与传输均通过双口RAM(DRAM)进行。所谓双口RAM实际上是两个CPU（宿主机CPU与MBI板CPU）以相同或不同的数据地址读取同一数据区的共享内存。图2所示的便是若干个通过双口RAM区连接的1553B总线节点。

图2　1553B总线系统中的双口RAM

　　双口区的容量一般为8K×16位，通常被划分为若干个功能区域，主要用于存放多路总线数据接收和发送到总线上的各种信息及总线协议执行过程中的通讯命令表，建立起总线上数据传输的双向缓存机制，因此双口区数据结构的分配和设计是否合理，将影响整个总线系统数据传输速率和效果。

3　双口区数据结构

图3　双口区数据结构示意图

　　图3所示的就是双口区的主要数据结构。由图中可见，此数据区基本上是一个树形结构，其中状态区是结构中的树根，由此可以引入两个分枝，而总线通讯表分枝又可以引入数据发送和接收两个枝叶，这样便形成了驱动层和传输层软件之间的控制、通讯和中断的基本框架结构。

　　状态区——状态区是双口区数据结构中的首要环节，驱动层软件通过状态区设置MBI板工作状态，控制传输层软件工作。传输层以特定单元查询方式获得驱动层控制命令，并将执行结果返回状态区，驱动层根据传输层反馈信息获得总线系统工作状况。表1列出了状态区的详细数据内容。

表1　总线状态区内容

控制方向	状态字名称	功　　能
驱动层传输层	工作方式字	定义MBI板BC/RT方式
	终端(RT)号码	置RT地址号
	总线通讯表地址	标识子系统总线通讯表首址
	工作状态标志字	控制MBI板工作状态
传输层驱动层	故障标志字	MBI板自检返回信息
	传输故障标志字	说明故障消息块
	终端故障字	说明RT故障
	中断标志字	说明中断性质
	MBI命令执行标志字	说明MBI执行命令状态
	矢量字	存放RT矢量字

状态区中的数据单元分为驱动层对传输层的控制指令和传输层向驱动层的反馈状态两大类，其中工作方式字用于定义MBI板作为BC或RT；终端号码仅对RT有效，它标识RT的终端地址号，同一总线系统中任两个RT节点不能有相同的地址号；总线通讯表地址用于标识总线通讯表的首地址，其长度则由通讯表内部的结束标志确定；工作状态标志字是状态区中动态变化较多的数据单元，它用于控制MBI的工作状态，如初始化、自检测、启动数据传输和停止工作等；故障标志

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