1553B總線(xiàn)控制器異步通訊仿真軟件設計

1553B是一種時(shí)分制指令/響應式多路傳輸數據總線(xiàn)，因其高可靠性和實(shí)時(shí)性廣泛應用在航空電子設備中，目前在艦船系統中也有廣泛應用?？偩€(xiàn)上可以?huà)旖右粋€(gè)總線(xiàn)控制器(BC)，若干(不超過(guò)31個(gè))用來(lái)連接子系統和數據總線(xiàn)進(jìn)行數據通信的遠程終端(RT)，一般還可以?huà)旖?BR>一個(gè)總線(xiàn)監視器(MT)，用于監聽(tīng)各個(gè)節點(diǎn)的通信狀態(tài)。

總線(xiàn)控制器是在數據總線(xiàn)上被指定執行啟動(dòng)信息傳輸任務(wù)的終端。1553B總線(xiàn)上消息傳輸的過(guò)程是：總線(xiàn)控制器向某一終端發(fā)布一個(gè)接收/發(fā)送指令，終端在給定的響應時(shí)間范圍內發(fā)回一個(gè)狀態(tài)字并執行消息的接收/發(fā)送。

在1553B數據總線(xiàn)上，消息是按時(shí)間逐次進(jìn)行傳輸的，總線(xiàn)上BC與RT間有10種可能的通信模式[1]。大多消息的處理按固定的順序、周期和相位出現。這類(lèi)消息稱(chēng)為周期消息，其傳輸過(guò)程叫同步通訊。對這類(lèi)消息可以按靜態(tài)的時(shí)間表進(jìn)行，周期時(shí)間最小的消息排在一個(gè)小幀中(小周期)，周期時(shí)間最大按小周期2的冪次的調和構成一個(gè)主幀(大周期)，每個(gè)大周期由若干個(gè)小周期組成，其余各周期同樣按照2的冪次的調和排入消息表，具體的算法詳見(jiàn)文獻[2]。多數的總線(xiàn)控制器系統軟件都只實(shí)現了周期消息的傳輸，即同步通訊。但在實(shí)際應用的總線(xiàn)通訊中，有些消息是由系統中隨機突發(fā)事件激活或由其它事件的請求所引起。這類(lèi)消息稱(chēng)非周期消息，相應的傳輸稱(chēng)異步通訊。異步通訊是在有服務(wù)請求的情況下插入同步通訊中的，具有很高的實(shí)時(shí)性和重要性，因此，能夠根據用戶(hù)的需求，在同步通訊的同時(shí)實(shí)現非周期消息的異步通訊具有非常實(shí)際的意義。

1 總線(xiàn)控制器異步通訊處理方案

總線(xiàn)控制器(BC)是總線(xiàn)上的重要組成?？偩€(xiàn)上所有消息的傳輸都由BC來(lái)激勵和控制，是總線(xiàn)進(jìn)行通訊的開(kāi)關(guān)。為了處理非周期消息，在總線(xiàn)上必須對BC原有的靜態(tài)總線(xiàn)控制協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的協(xié)議稱(chēng)為ISBC，它的特點(diǎn)是：

·當消息被更新后才進(jìn)行傳輸，其工作機理為更新檢測傳輸(UPDT)；

·消息傳輸周期是變化的。一個(gè)周期消息完成后立即開(kāi)始新的周期。對任何相關(guān)子系統來(lái)說(shuō)，對更新性消息而言，傳輸周期是異步的。

這一協(xié)議的應用降低了通信系統的負載和平均延遲時(shí)間，大大改善了子系統的性能。

實(shí)現更新數據傳輸機制(ISBC)的方法有兩種：異步服務(wù)請求方式和BC定時(shí)查詢(xún)方式。異步服務(wù)請求方式是當同步通訊段中的某一周期消息的狀態(tài)字的服務(wù)請求位因異步的服務(wù)而被置1時(shí)必需插入異步通訊。BC定時(shí)查詢(xún)方式是總線(xiàn)控制器BC以某一預定頻率向RT發(fā)送方式指令0x1000(發(fā)送矢量字)。被查詢(xún)的RT若有非周期消息，就將矢量字置位，通知BC組織非周期消息的傳輸。

異步請求方式無(wú)查詢(xún)開(kāi)銷(xiāo)，但它對非周期消息響應不確定，必須在請求RT獲得總線(xiàn)使用權時(shí)BC才組織傳輸非周期消息。BC定時(shí)查詢(xún)方式較前者有很強的確定性，它每個(gè)小周期對各個(gè)終端查詢(xún)一次，可以保證非周期消息的分辨率，雖然有查詢(xún)開(kāi)銷(xiāo)，但由于采用UDPT方式，開(kāi)銷(xiāo)并不多。另外由于它的確定性，系統設計時(shí)可確切地對系統進(jìn)行性能評價(jià)，便于系統設計。由于在實(shí)時(shí)系統中主要考慮實(shí)時(shí)性問(wèn)題，因此本軟件采用BC定時(shí)查詢(xún)方式。

2 異步通信軟件的仿真測試環(huán)境

仿真軟件的開(kāi)發(fā)基于特定的硬件和軟件配置環(huán)境。如圖1所示。

在整個(gè)測試環(huán)境中，本軟件用來(lái)組織整個(gè)系統各個(gè)子系統間消息的傳輸，并響應子系統的非周期消息傳輸請求，實(shí)現異步通訊。計算機仿真終端必須由一塊多路數據總線(xiàn)接口卡連接到總線(xiàn)上，以進(jìn)行數據通訊。本軟件的開(kāi)發(fā)選用美國DDC公司的IDEA多路數據總線(xiàn)接口卡，Win98操作系統為計算機仿真平臺。

IDEA接口卡本身提供了一個(gè)RTL(運行時(shí)庫)函數庫，為上層仿真軟件的開(kāi)發(fā)提供了與底層硬件驅動(dòng)相關(guān)的特定功能接口函數(API)，驅動(dòng)總線(xiàn)接口卡與總線(xiàn)進(jìn)行數據通訊。為了給用戶(hù)提供友好的界面，本仿真軟件使用VC++語(yǔ)言進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)。

仿真軟件除了要組織消息的異步通訊，還要求對鏈入網(wǎng)絡(luò )的各個(gè)終端進(jìn)行監視，判斷各個(gè)RT故障情況，將其鏈入或剔除網(wǎng)絡(luò )的通信過(guò)程，以提高網(wǎng)絡(luò )的數據傳輸效率，并實(shí)時(shí)顯示節點(diǎn)狀態(tài)便于管理員及時(shí)發(fā)現和排除故障。同時(shí)在實(shí)際通訊中，為了協(xié)調各個(gè)終端的通訊，設計了周期性的帶數據字的同步消息，每個(gè)周期向各個(gè)RT廣播，通知各個(gè)RT做好準備，并在特定終端的異步消息傳輸結束后通知該RT。設計中周期消息的傳輸周期分別為2s、1s、50ms(周期時(shí)間為設計值，可根據用戶(hù)要求改變)，故設定周期性消息的傳輸大周期為2s，并將其分成40個(gè)小周期(每周期為50ms)。每一小周期1553B命令的配置圖如圖2所示。

3 異步通訊軟件的結構

考慮以上功能的實(shí)現和VC++語(yǔ)言本身的特點(diǎn)，本軟件在界面和功能的實(shí)現上采用模塊化的設計思想，由設置文件建立模塊(M1-1)和仿真功能實(shí)現模塊(M1-2)兩個(gè)主模塊組成，各主模塊根據需要包含相應的功能子模塊(模塊的命名方式：M層次－模塊號)。設置文件建立模塊(M1-1)為用戶(hù)提供輸入界面，用戶(hù)可以方便地定義系統所使用的終端地址、要傳輸的消息內容和數據以及周期消息傳輸的消息表，對不同的用戶(hù)有很大的適應性。仿真功能實(shí)現模塊(M1-2)根據M1-1提供的數據定時(shí)組織周期消息的傳輸，并查詢(xún)異步消息的傳輸請求，及時(shí)響應異步消息請求并組織傳輸，每個(gè)大周期定時(shí)向故障節點(diǎn)發(fā)送查詢(xún)消息，以判斷相應RT的狀態(tài)并刷新實(shí)時(shí)顯示各節點(diǎn)狀態(tài)。系統模塊數據流如圖3所示(設該軟件為0級模塊，即M0-仿真軟件)。

設置文件建立模塊主要為用戶(hù)提供一個(gè)友好的輸入界面，用戶(hù)輸入的數據主要為仿真功能實(shí)現模塊提供輸入。仿真功能實(shí)現模塊從軟件中取出用戶(hù)在設置文件模塊中定義的傳輸消息所必需的數據，組織消息傳輸。根據不同功能的實(shí)現，它所包含的子模塊主要為：IDEA卡的初始化和周期消息傳輸(M2-1)、異步通訊實(shí)現模塊(M2-2)、RT故障檢測(M2-3)。