摘 要:1553B总线作为一种高可靠的总线技术,广泛应用运用于军事领域。由于1553B总线双冗余备份的只是总线传输通道,而总线上的控制器没有热备份,一旦总线控制器出现故障,则整个总线将瘫痪。主要论述一种利用软件实现总线控制器的双机热备份设计思想和方法,此方法易于实现,效率很高,并有效地防止了工作BC和备用BC的误切换,实践验证,这种设计切实可行,有一定的通用性。
关键词:1553B总线; 总线控制器; 双冗余; 双机热备份
中图分类号:TP274 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)07-0039-02
Design on Dual-module Redundance of 1553B Bus Controller
YIN Jie-bo, ZHANG Shu-bin
(Jiangsu Automation Research Institute of CSIC, Lianyungang 222006, China)
Abstract:1553B bus as a high reliable bus technology has been widely used in the military field. The whole bus would be paralyzed if the bus controller does not have a backup and the bus controller fails because the dual redundance of 1553B bus is just a redundant bus transmission channel. The design ideology and method to implement the dual-module redundance of bus controller by means of a software are discussed. This method is easy to implement and is efficient, can prevent the incorrect transfer between misuse BC and standby switching BC. The practical application proves that this design is feasible and versatile.
Keywords:1553B bus; bus controller; dual redundance; two module redundance
0 引 言
1553B总线是美国军用标准MIL-STD-1553B时分制指令/响应式多路传输数据总线的简称,由美国在20世纪70年代提出,具有传输速率快(1 Mb/s)、很好的差错控制能力、强实时性等特点,已经广泛运用于军事领域。
1553B总线由一个总线控制器(BC),若干个(最多31个)远程终端(RT),如果需要的话还可以加上总线监视器(BM)组成。BC是总线信息通讯的发起者和组织者,即总线上所有的消息传输都由总线控制器发出的指令来控制,相关终端对指令应给予回答并执行操作。1553B总线是双冗余的传输线,总线都是双备份的,增强了系统的可靠性。但是,由于总线上只能存在一个BC,如果BC出现故障,则整个总线将瘫痪。本文针对此问题,提出了一种BC的双冗余热备份的设计方法。
1 1553B总线工作原理
1553B总线是一种命令/响应式总线,总线控制器是总线信息通讯的发起者,同时总线上所有信息的传输又均由BC来控制和激励。为了实现命令与控制式通信方式,1553B总线标准规定了三种类型的字格式:命令字、数据字、状态字,字的长度为20 b,其前三个比特位作为传输同步信号,最后一个比特位为奇偶校验位,余下的中间16个比特位为数据位。字格式见图1[1]。
图1 1553B总线字格式
标准还定义了十种信息命令/响应传输格式,所有格式都使用上述三种字类型。十种信息传输格式分两组:一组是非广播信息传输格式[1](见图2),另一组是广播信息格式[1](见图3)。
图2 1553B非广播信息传输格式
(1) 非广播信息传输格式
BC→RT:BC给RT一个接收命令后,发送规定数目数据字,RT接收后,向BC返回状态字;
RT→BC:BC给RT一个发送命令后,RT向BC发送状态字和数据字;
RT→RT:BC给一个RT接收命令;给另一个RT发送命令,该RT确认发送命令后向总线上发送状态字和数据字;接收完毕,接收数据字的RT向BC发状态字。
(2) 广播信息格式
在广播方式下,由BC或RT发送的信息传送到连接在数据总线上的一个以上的远程终端,广播消息不需向BC发送状态字,只需将状态字中的第15位置1即可。
图3 1553B广播信息传输格式
2 功能设计
在网络上设置两台总线控制器,其软硬件配置完全相同,其工作流程如下:
两台总线控制器先后开机,首先都初始化为RT,并接收工作BC发送的周期消息,如果没有收到周期消息,并等待一定时间后认为工作BC已下线或总线上没有BC,重新初始化为工作BC,并开始向特定的RT发送周期消息。这样先开机的一台作为工作BC,另一台作为备用BC,工作于RT方式,一定的时间如果没有收到BC的周期消息,则自动启动为工作BC。其流程如图4所示。因此总线控制器程序中包含BC和RT两部分功能。
图4 总线控制器工作流程图
2.1 BC功能设计
在1553B的系统中,信息是以消息的形式进行传输的,因此对总线控制器编程的关键就是对消息的组织。BC消息处理采用帧的方式,每一帧的时间长短可以自己设置,每一帧传输的消息内容也由自己设置。一般情况下,将要发送的消息按协议规定的格式组织成一个命令表,BC启动时加载后按命令表安排消息。
在设计中,工作BC需向备用BC发送周期消息,因此首先需设置时钟进程,用以启动BC周期消息;然后进行1553B接口卡初始化,根据需要设置相关寄存器,接下来设置中断向量,挂接中断处理程序,然后加载周期消息命令表,启动BC。这样总线控制器就以BC方式开始工作,根据需要,可以增加一些报文出错重发、超时等异常情况的处理。
2.2 RT功能设计
因为备用BC仅用来监控工作BC的工作状态,只接收一条特定的消息,因此将备用BC接收消息设计成查询方式,通过读取时间标志寄存器的时间,来判断在周期内是否收到BC的消息。假定BC消息周期为T1,如果超过T2时间没有收到消息则认为BC下线(T2≥T1)。RT程序查询到消息则复位时间标志寄存器,如果没有消息则读取时间标志寄存器的值T3,如果T3≤T2,则继续查询;如果T3>T2,则首先复位1553B板,然后按BC的初始化流程重新初始化1553B板,启动为工作BC。
3 设计在实践中的应用
为了验证设计的可行性,设计并实现了一套原型系统,设计中采用符合1553B标准的Ballard Technology公司的LP1553-3 PCI卡,在Windows 2000下进行了实现。BC消息周期T1设置为50 ms,并对消息出错进行了A、B总线切换重发处理,BC下线判断时间T2设置为80 ms,为了方便检验总线热备份是否成功及切换时间,采用总线监测仪监测,周期消息发送时刻,然后关闭工作BC,备用BC启动重新启动后,查看监测数据,此时网上仍然有消息,则说明切换成功,在关闭工作BC时的最后一条消息时间,与切换后第一条消息的时间差即为工作BC和备用BC切换所需的时间。经过反复试验均可成功切换,经监测数据表明切换时间大约为110 ms。另外判断时间比BC消息周期略大,有效地防止了BC消息周期超时情况下备用BC的误切换。本设计方案的设计思想已在某舰载武器系统中得到了很好的应用。
4 结 语
本文描述的总线控制器热备份的设计方法经过实践证明实际可行,此种方法用软件实现,不仅简单,而且效率很高,并且有一定的通用性。设计完成后,实现了总线控制器的热备份,可大大的提高整个1553B网络的可靠性。
参考文献
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