基于PC/104的1553B總線(xiàn)測控系統的設計與實(shí)現

引言

　　隨著(zhù)我國航空事業(yè)的迅速發(fā)展，各種新型飛機和發(fā)控設備相繼研制成功，以往一些測控設備在功能和性能上已無(wú)法滿(mǎn)足新的要求。本測控系統就是在某型飛機的研制過(guò)程中擴展出來(lái)的一個(gè)功能比較全面的1553總線(xiàn)測控系統，總體上采用了PC/104結構的嵌入式系統，既可以實(shí)現1553總線(xiàn)數據的實(shí)時(shí)接收和發(fā)送，還可以完成多路數據的采集及負載控制。

總體概述及工作原理

　　本系統的主要功能是對外部的電壓電流及負載I/O信號進(jìn)行采集測量，并根據由1553總線(xiàn)傳輸來(lái)的飛機控制設備發(fā)送的命令字對負載進(jìn)行控制，對電壓電流及負載當前狀態(tài)進(jìn)行監控，并將當前數據反饋給控制設備。整個(gè)系統在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)高速傳輸的同時(shí)，也必須完成對負載精確的控制，測控過(guò)程要能夠實(shí)時(shí)監控和顯示，方便操作人員控制及發(fā)送指令。

　　為滿(mǎn)足以上條件，系統主構架選用了PC/104的嵌入式模塊，不僅尺寸小、功耗低，而且其堆棧式結構方便了外擴設備?？傮w上分為采集、處理、通訊三大部分，各部分硬件上通過(guò)PC/104總線(xiàn)緊密連接，由上位機通過(guò)以太網(wǎng)總體控制，而軟件上分成獨立的模塊，實(shí)現各自部分的功能，在實(shí)時(shí)嵌入式操作系統VxWorks下再通過(guò)主程序的調度協(xié)調起來(lái)。

硬件設計

　　系統硬件總體設計以PC/104體系結構為核心，以1553B總線(xiàn)卡作為與飛機（或其他發(fā)控設備）通訊的主要接口，ADT600負責電壓電流模擬量和負載I/O信號的采集。PC/104可以外擴LCD顯示器和鍵盤(pán)鼠標等外設，通過(guò)以太網(wǎng)與上位機相連可對測控系統進(jìn)行有效的控制和過(guò)程監測，同時(shí)PC/104通過(guò)母板外接I/O擴展板對負載進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。系統框圖如圖1所示。

　　SCM/SuperDX是一種高度集成、自棧結構、IBM-PC/AT兼容的PC/104 CPU模塊，它被設計成可以方便與其它周邊設備及模塊構成完整系統的核心部件，采用增強型的80486處理器作為CPU，板載有PC/AT兼容的DMA控制器、中斷控制器及定時(shí)器，ROM-BIOS，4M~16M字節的DRAM及鍵盤(pán)，網(wǎng)口等。本系統中，將嵌入式操作系統VxWorks下載到Campact Flash中以啟動(dòng)PC/104，上位機通過(guò)以太網(wǎng)與PC/104相連，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )加載將程序加載到PC/104的RAM中執行，上位機進(jìn)行實(shí)時(shí)監視和程序控制，PC/104的LCD顯示屏可以實(shí)時(shí)顯示測試數據及數據傳輸狀況。

　　采集卡選用SBS公司的ADT600，它與PC/104完全兼容，最多提供十六個(gè)模擬輸入通道，通過(guò)71055的可編程外圍接口（PPI）提供24路數字量I/O線(xiàn)。模擬量輸入的量程可用跳線(xiàn)器選為?5~+5V，?10~+10V，0~10V，并帶有+/?35V的過(guò)壓保護。本系統的模擬量是電壓電流信號，量程選擇?5~+5V。而I/O通道通過(guò)71055的PPI設置為方式0的基本輸入輸出，采集卡和調理板調理電路硬件連接圖如圖2、3所示。

　　電壓、電流模擬量的采集應注意數字地和模擬地的分離，以減小干擾，最后通過(guò)磁珠單點(diǎn)相連，而I/O電路將電壓/地的數字I/O信號通過(guò)轉換電路轉換為采集卡輸入電壓范圍的地/開(kāi)路信號。

　　1553B通訊卡選用SBS公司的ASF-PC104-XT-1，該卡能實(shí)現PC/104總線(xiàn)和1553B總線(xiàn)的轉換，是一款智能MIL-STD-1553的板卡，支持MIL-STD-1553A和MIL-STD-1553B協(xié)議，適用于PC/104底板，可以工作在BC模式、RT模式、BM模式及并發(fā)BM模式，實(shí)現多個(gè)終端之間的快速通信。它具有以下高級結構特點(diǎn)：具有高速可編程邏輯裝置用于以字為單位的底層1553協(xié)議的編解碼；采用TI公司的DSP用于信息級和底層1553協(xié)議的處理；具有128K字節的高速靜態(tài)雙端口RAM用于信息緩存；配合底板接口的高速可編程邏輯電路(ASIC設計)；板上提供標準的和IRIG時(shí)間碼相關(guān)的高級計時(shí)電路；配套的軟件接口庫為1553和429設備管理提供擴展功能。

　　由于SCM/SuperDX提供的I/O資源有限，因此，采集卡ADT600和1553B通訊卡的I/O地址的合理選擇就十分重要，以避免沖突以及在調試時(shí)產(chǎn)生不必要的麻煩，SCM/SuperDX的I/O地址分配如表1所示。ADT600模塊要占據十二個(gè)連續的I/O口的位置，基地址由DIP開(kāi)關(guān)選擇，而ASF-PC/104卡需要主機為其分配未經(jīng)使用的8塊連續的地址寄存器，考慮以上因素，選取ADT600的基地址為300h，ASF-PC/104為390h。

軟件設計

　　軟件設計的重點(diǎn)主要包括底層設備驅動(dòng)的編寫(xiě)、系統任務(wù)的劃分及優(yōu)先級的設定。操作系統選用VxWorks，以充分滿(mǎn)足1553B實(shí)時(shí)通訊的要求，系統總體軟件主流程圖如圖4所示。系統啟動(dòng)之后執行主程序進(jìn)行自檢測和AD/1553板卡的初始化，若失敗則報錯，將錯誤信息顯示在顯示屏上，成功后創(chuàng )建主任務(wù)并執行，包括數據的采集、發(fā)送和接受及解析命令控制字并執行，主程序將循環(huán)執行，直到上位機發(fā)送停止程序的控制命令。