基于1553B总线电缆网络自动测试系统设计及研究

MIL-STD-1553是“飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线”的代称，为美国军用标准。上世纪 60 年代时，由导航/平显/武器瞄准系统（INS/HUD/WACS）组成的综合火控系统，配上远距空射武器，使战斗机如虎添翼。粗略的说，单个机载电子设备就类似于计算机局域网 LAN 中的单个计算机，1553 标准类似于通信协议，堪称现代作战飞机电子系统的“脊梁骨”。其核心就在于“标准”二字。有了1553B，雷达光电探测、导航、本机传感、座舱显示、外挂管理和火控计算机等得以完美的联结综合，构成了第三代战斗机标志性的分布式集中控制系统。F-16A 是采用 1553A 标准的第一种作战飞机。 以雷达为例，之前提到的先进的人机界面，需要火控雷达具有复杂的对外接口，同时脉冲多普勒雷达又需要强大的内部接口进行处理运算。

　　1553B总线电缆网络

　　MIL-STD-1553B总线全称为飞行器内部时分命令/响应多路数据总线（Aircraft Internal Time Division Command/Response Multiplex Data Bu），它是由美国SAE的AE-9E委员会在军方和工业界的支持下，我国与之对应的标准是GJB289A-97.目前，此标准已经在军用飞机、军用舰艇、陆军武器及工业方面得到了广泛的应用。

　　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。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）。

　　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。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

　　1553B总线的工作频率是1 Mb/s 。采用曼彻斯特II码，半双工工作方式。主要的硬件部分为总线控制器（BC）、远端终端（RT）和可选用的总线监控器（MT）。一般情况下，这3部分通过1个多路总线接口（MBI）来完成。可把MBI嵌在计算机内。该总线有10种消息格式。每个消息至少包含2个字，每个字有16个消息位，1个奇偶校验位和3个位长的同步头，所有的消息字都采用曼彻斯特II码构成。

　　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，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。

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，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。

　　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。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。