Introducción a 1553
También conocido como bus MILSTD1553B, es un estándar de bus de transmisión de información desarrollado por el ejército estadounidense específicamente para equipos en aviones, que también es un protocolo para transmisión entre dispositivos. Cada país desarrolla su propio protocolo de autobuses en función de sus propias condiciones y con referencia a los estándares americanos. Empresas relevantes han desarrollado los correspondientes módulos de interfaz de bus basados en este estándar de protocolo.
La frecuencia de funcionamiento del bus 1553B es de 1 Mb/s. Usando código Manchester II, modo de trabajo semidúplex. Las principales partes del hardware son el controlador de bus (BC), el terminal remoto (RT) y el monitor de bus (MT). En circunstancias normales, estas tres partes se completan a través de una interfaz de bus multicanal (MBI). MBI se puede integrar en la computadora. El bus tiene 10 formatos de mensajes. Cada mensaje contiene al menos 2 palabras, cada palabra tiene 16 bits de mensaje, 1 bit de paridad y un encabezado de sincronización de 3 bits. Todas las palabras del mensaje se componen de códigos Manchester II.
El bus de datos 1553B utiliza un protocolo de comunicación de comando/respuesta. Dispone de 3 tipos de terminales, a saber:
(1) Controlador de bus (BC)
Es el único del bus que está dispuesto para realizar la tarea de establecer y poner en marcha terminal de transmisión de datos.
(2) Terminal remoto (RT)
Es la interfaz entre el subsistema de usuario y el bus de datos. Extrae datos o absorbe datos bajo el control de BC.
(3) Monitor de autobús (MT)
Él "monitorea" la transmisión de información en el autobús para completar el registro y análisis de las fuentes de datos en el autobús, pero no Participar en la comunicación del autobús.
Antecedentes técnicos de MIL-STD-1553B
MIL-STD-1553 es el nombre en clave para "bus de datos de transmisión múltiplex sensible/comando de división de tiempo interno de aeronave" y es un sistema militar de EE. UU. estándar. En la década de 1960, un sistema integrado de control de fuego que consistía en un sistema de navegación/pantalla frontal/puntería de armas (INS/HUD/WACS), junto con armas lanzadas desde el aire de largo alcance, hizo que los aviones de combate fueran aún más poderosos. Sin embargo, la cantidad total de datos de información de combate se ha disparado y las interfaces entre dispositivos son diferentes, lo que dificulta la interconexión y la colaboración, lo que se ha convertido en un cuello de botella en la eficacia del combate. Al mismo tiempo, el costo de desarrollo, mantenimiento y mejora continúa aumentando debido a la falta de estándares unificados. Entonces, después de 1973, el ejército estadounidense anunció sucesivamente el estándar MIL-STD-1553A (USAF) y el estándar de mejora 1553B. En términos generales, un solo dispositivo electrónico aerotransportado es similar a una sola computadora en una red de área local LAN, y el estándar 1553 es similar a un protocolo de comunicación, que puede denominarse la "columna vertebral" de los sistemas electrónicos de los aviones de combate modernos. El núcleo está en la palabra "estándar". Con el 1553B, la detección fotoeléctrica de radar, la navegación, la detección local, la pantalla de la cabina, la gestión enchufable y la computadora de control de incendios se pueden conectar e integrar perfectamente para formar el icónico sistema de control centralizado distribuido del avión de combate de tercera generación. El F-16A fue el primer avión de combate en adoptar el estándar 1553A. Tomando el radar como ejemplo, la interfaz avanzada hombre-máquina mencionada anteriormente requiere que el radar de control de incendios tenga una interfaz externa compleja, y el radar Doppler de pulso requiere una interfaz interna poderosa para procesar los cálculos. Sin un bus avanzado como el 1553B, el rendimiento de estas dos interfaces se reduciría considerablemente.
Basado en la digestión y la comprensión de la especificación 1553B y gjb289a-97, es factible implementar el protocolo MIL-STD-1553B a través de FPGA. Actualmente, los institutos de investigación científica y unidades relacionadas han realizado muchas cosas. En este sentido, el chip de protocolo diseñado ha podido cumplir plenamente con la especificación 1553B. El EP-H31580 lanzado por Enfit Technology en 2005 es un representante típico y sus indicadores de rendimiento han alcanzado el nivel de productos extranjeros similares. El bus de la placa 1553B desarrollado en base a EP-H31580 ya incluye PCI, PXI/CPCI, VXI, PC/104, PC/104+, PCMCIA, etc. y se ha utilizado en muchos institutos de investigación científica y unidades de producción en el mundo. Campos aeroespaciales y de armas. ¡Una amplia gama de aplicaciones! El bus 1553B es un bus serie centralizado por división de tiempo cuyas características principales son procesamiento distribuido, control centralizado y respuesta en tiempo real. Su mecanismo de confiabilidad incluye funciones de prevención de errores, funciones de tolerancia a fallas, detección y ubicación de errores, aislamiento de errores, corrección de errores, monitoreo del sistema y funciones de recuperación del sistema. Adoptar un sistema dual redundante con dos canales de transmisión, lo que garantiza una buena tolerancia y aislamiento de fallas.
En resumen, el bus 1553B tiene las siguientes características:
1. Tiene un buen rendimiento en tiempo real. La velocidad de transmisión de datos del bus 1553B es de 1 Mbps. Cada mensaje contiene hasta 32 palabras. necesario para transmitir un mensaje fijo es que lleva poco tiempo. La velocidad de transmisión de datos es mayor que la de las redes de comunicación ordinarias.
2. Es una medida de control de errores razonable y un comando de modo único. Para garantizar la integridad de la transmisión de datos, 1553B adopta una medida de control de errores razonable: el método de corrección de errores de retransmisión de retroalimentación. Cuando el BC emite un comando o envía un mensaje a un determinado RT, el terminal debe devolver una palabra de estado dentro del tiempo de respuesta dado. Si el mensaje transmitido es incorrecto, el terminal se niega a devolver la palabra de estado, informando así la última. Transferencia de mensaje no válida. Los comandos de modo único no solo permiten que el sistema complete las tareas de control de comunicación de datos, sino que también verifica las condiciones de falla y completa las funciones de administración tolerante a fallas.
3. La eficiencia del bus es alta. La topología del bus tiene requisitos relativamente altos para la eficiencia del bus. Por lo tanto, 1553B tiene ciertos requisitos obligatorios relacionados con los indicadores de eficiencia del bus, como el tiempo de respuesta del comando, el tiempo de intervalo de mensaje y. límites estrictos en la longitud de los bloques de datos máximo y mínimo para cada transferencia de mensaje.
4. Tiene métodos de comunicación de comando/respuesta y "difusión". BC puede enviar un mensaje de sincronización horaria a todos los RT en modo "difusión", de modo que todas las transmisiones de mensajes en el bus sean emitidas por el bus. Controlador controlado por instrucciones, el terminal correspondiente debe responder a las instrucciones y realizar operaciones. Este enfoque es muy adecuado para sistemas de procesamiento distribuido con control centralizado. Sin embargo, el elevado precio del autobús 1553B limita su aplicación universal en el ámbito industrial.
Características eléctricas
El medio de comunicación del bus incluye un cable blindado trenzado por dos hilos, una resistencia coincidente en el extremo del bus, un transformador de acoplamiento del bus y un transceptor.
El estándar MIL-STD-1553B estipula dos métodos de acoplamiento, uno es el método de cortocircuito de acoplamiento directo y el otro es el método de cortocircuito de acoplamiento de transformador.
Formato de datos
La información básica que se transmite en el autobús son palabras. Hay 3 tipos de palabras: palabras de comando, palabras de estado y palabras de datos. La longitud de cada palabra es de 20 bits, incluido un encabezado de sincronización de 3 bits, 16 bits de información válida y un bit de paridad. La información del autobús 1553B se modula en código Manchester en forma de mensaje para su transmisión. Cada mensaje consta de hasta 32 palabras y todas las palabras se dividen en tres categorías: palabras de comando, palabras de datos y palabras de estado. La longitud de cada tipo de palabra es de 20 bits y los bits de información efectivos son 16 bits. Los primeros 3 bits de cada palabra son el encabezado de sincronización de una sola palabra y el último bit es el bit de paridad. La información válida (16 bits) y los bits de paridad se transmiten en el bus en forma de códigos Manchester, y el tiempo para transmitir un bit es 1 uS (es decir, la velocidad del código es 1 MHz). El encabezado de sincronización ocupa 3 bits. El primero positivo y luego el negativo son palabras de comando y palabras de estado, y el primer negativo y luego el positivo son palabras de datos.
Entre estos tres tipos de palabras, la palabra de comando se ubica al inicio de cada mensaje, y su contenido especifica los requisitos específicos para la transmisión. La palabra de estado solo puede ser emitida por RT y su contenido representa la retroalimentación de RT sobre comandos válidos emitidos por BC. BC puede decidir qué acción tomar a continuación según el contenido de la palabra de estado. Una palabra de datos se puede transmitir de un BC a un RT, de un RT a un BC o de un RT a otro RT, y su contenido representa los datos transmitidos.
El proceso de transmisión de mensajes en el bus 1553B es: el controlador del bus emite una instrucción de recepción/envío a un terminal, y el terminal devuelve una palabra de estado dentro de un rango de tiempo de respuesta determinado y realiza la recepción/recepción del mensaje. enviar. BC verifica si la transmisión es exitosa y realiza operaciones posteriores aceptando la palabra de estado respondida por RT.
Los mensajes son la unidad básica de la comunicación del bus 1553B. Si es necesario completar ciertas funciones, se deben organizar varios mensajes para formar una nueva estructura llamada marco. La estructura del marco se muestra en la Figura 2. En la figura, el tiempo necesario para completar un mensaje se denomina tiempo del mensaje, el intervalo entre dos mensajes se denomina tiempo de intervalo del mensaje y el tiempo necesario para completar un fotograma se denomina tiempo del fotograma. En aplicaciones prácticas estos tres tiempos se pueden programar. Según las necesidades militares, la cantidad de equipos electrónicos en las armas aumenta constantemente. Cómo integrar eficazmente los equipos electrónicos para lograr la integración de recursos y funciones se ha convertido en un requisito inevitable para el desarrollo de armas.
La base del sistema electrónico integrado del arma es el uso de una estructura de bus de datos, que utiliza el bus de datos para hacer que los tres subsistemas de procesador (incluidos hardware y software), transmisión de información y pantalla de control estén disponibles para diversas tareas. Esto tiene las siguientes ventajas: reducir el tamaño y el peso del equipo de armas, mejorar la confiabilidad del sistema de armas y reducir costos. Las armas modernas generalmente tienen los siguientes requisitos para sus propios sistemas de comunicación:
Primero, pueden realizar efectivamente la transmisión de datos entre subsistemas y cumplir con características de comunicación específicas;
Segundo, el subsistema de comunicación funciona de manera relativamente independiente. , es lo más transparente posible para el software de la aplicación y ocupa el menor tiempo posible en el host.
En tercer lugar, el sistema de comunicación es flexible y fácil de modificar.
En cuarto lugar, el subsistema de comunicación tiene una fuerte capacidad antiinterferencia.
El excelente rendimiento del autobús 1553B puede cumplir con los requisitos anteriores, por lo que ha recibido cada vez más atención en los sistemas de armas modernos y se ha convertido en una plataforma de armas para tanques, barcos, aviones, etc. principal pilar de trabajo del sistema electrónico.
Los sistemas electrónicos de aviación generalmente incluyen más de diez subsistemas informáticos a bordo. La forma efectiva de realizar la comunicación de datos entre subsistemas sin duda juega un papel clave en el éxito o el fracaso de todo el sistema de aviación. Desde que Estados Unidos anunció el autobús estándar militar MIL-STD-1553B en 1973, se ha aplicado rápidamente a la Fuerza Aérea y se ha utilizado en una variedad de aviones como F-16, F-18, B-1 y AV. -SB.
En la actualidad, existen muchos tipos de estándares militares y buses de datos tácticos especializados basados en barcos en el mundo, pero el más utilizado es el estadounidense MIL-STD-1553B. Los medios de transmisión del 1553B incluyen cables coaxiales, pares trenzados blindados, etc. Los terminales se acoplan al bus mediante acoplamiento de transformador o acoplamiento directo. La velocidad de transmisión, la distancia de transmisión y la cantidad de terminales remotos de este bus de datos pueden satisfacer mejor los requisitos de comunicación de varios barcos y sistemas submarinos pequeños y medianos, por lo que su aplicación es muy popular.
Los vehículos militares y diversos vehículos de combate, como plataformas de combate para armas terrestres del ejército, a menudo trabajan en entornos hostiles con fuertes vibraciones, mucho ruido, mucho polvo y grandes cambios de temperatura. Por lo tanto, la comunicación de datos entre sus dispositivos electrónicos internos requiere una estricta detección de fallas para lograr alta confiabilidad, supervivencia y tolerancia a fallas. En términos de rendimiento en tiempo real, el control integrado del sistema de potencia requiere el control del motor y la transmisión respectivamente. La comunicación de datos entre los dos requiere que el tiempo máximo de respuesta de un mensaje sea generalmente muy corto, por lo que es en tiempo real. Se puede lograr el control del motor y la transmisión, mejorando así el rendimiento integral de todo el sistema de energía. Además, existen algunos requisitos especiales para la comunicación de datos, como la simplicidad del protocolo, la transmisión de información de tramas cortas, la frecuencia del intercambio de información, la estabilidad de la carga de la red, la alta seguridad y el alto costo de rendimiento, etc. El bus 1553B tiene alta confiabilidad y buen rendimiento en tiempo real. Para sistemas como el control integrado de transmisión de energía, que tienen muchos tipos de comunicaciones de datos, grandes cantidades de datos, altos requisitos en tiempo real y menos nodos de red, el bus 1553B es. mejores que los existentes. La mayoría de los autobuses tienen más ventajas de rendimiento.
Las tecnologías clave del bus 1553B en la aplicación de sistemas de comunicación de armas generalmente incluyen las siguientes:
Primero, el diseño de hardware y software de la interfaz del bus. Adopta la forma de tarjeta de interfaz o controlador de interfaz para conectarse con el hardware de cada subsistema del arma. Al mismo tiempo, es necesario escribir el software de control de comunicación correspondiente, incluido el software de la capa de transmisión y el software de la capa de controlador. Al compartir información y recursos, de acuerdo con los objetivos de combate del arma, la integración de funciones se puede lograr realmente en el. capa de aplicación.
El segundo es el Documento de Control de Interfaz (ICD). El ICD consta de señales de interfaz interconectadas entre varios dispositivos electrónicos del arma a través del bus de datos 1553B. De acuerdo con la estrategia de control y los objetivos de control del arma, se debe escribir un archivo ICD que cumpla con los requisitos para determinar los datos periódicos y los datos aleatorios transmitidos en el autobús. Sólo así se podrá determinar la interrelación entre los flujos de datos, lograr una integración funcional eficiente y mejorar efectivamente el rendimiento de combate del arma.
La tercera es la mesa del autobús. La tabla de bus se refiere al conjunto de todos los comandos de bus que pueden transmitirse dentro de un ciclo. De acuerdo con los requisitos de control de la plataforma de armas, determine las colas de comandos y mensajes que se transmitirán dentro de un ciclo, divida los intervalos de tiempo según el tamaño del ciclo, clasifique y optimice la cola de mensajes, equilibre la carga del autobús y mejore la utilización del autobús. y transmisión de datos en tiempo real.