2024年1月1日发(作者：)
综电课程知识综述和认识
——浅析1553B总线
摘要：通过对1553B的学习简单阐述其由来和特性，分析其优势和发展现状，表明其在综合电子信息系统中的重要地位。
关键字：1553B 系统性能 发展现状 应用领域
引言：1553B总线又称MILSTD1553B总线，是美国军方专为飞机上设备制定的一种信息传输总线标准，也就是设备间传输的协议。每个国家根据本国的情况，并参考美国的标准制定出自己的总线协议。而相关的公司又根据本国的协议标准开发出相应的总线接口模块。
一、由来：
在20世纪60年代以前，飞机机载电子系统没有标准的通用数据通道，各个电子设备单元之间连接往往需要大量的电缆。随着机载电子系统的不断复杂化，这种通信方式所用的电缆将会占用很大的空间和重量，而且对传输线的定义和测试也较为复杂，费用较高。
为了解决这一问题，美国SAE A2K委员会在军方和工业界的支持下于1968年决定开发标准的信号多路传输系统，并于1973年公布了MIL-STD-1553标准。1973年的1553B多路传输数据总线成为了未来军机将采用的技术，它取代了在传感器、计算机、指示器和其他飞机设备间传递数据的庞大设备，大大减少了飞机重量，并且使用简单、灵活。
二、性能及优点：
1553B总线系统主要由3部分组成：总线控制器BC；远程终端RT；数据总线Data Bus。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。1553B数据总线用的是指令/响应型通信协议。他有3种类型的终端，分别为：(1)总线控制器（BC）他是在总线上惟一被安排为执行建立和启动数据传输任务的终端。(2)远程终端(RT)他是用户子系统到数据总线上的接口，他在BC的控制下提取数据或吸收数据。(3)总线监控器（MT）他“监控”总线上的信息传输，以完成对总线上的数据源进行记录和分析，但他本身不参与总线的通信。
1553B总线是一种集中式的时分串行总线，其主要特点是分布处理、集中控制和实时响应。综合起来1553B总线有以下几个特点：一是实时性好，1553B总
线的数据传输率为1Mbps，每条消息最多包含32个字，传输一个固定不变的消息所需时间短。数据传输速率比一般的通讯网高。二是合理的差错控制措施和特有的方式命令，为确保数据传输的完整性，1553B采用了合理的差错控制措施――反馈重传纠错方法。三是总线效率高，总线形式的拓扑结构对总线效率的要求比较高，为此1553B对涉及总线效率指标的某些强制性要求如命令响应时间、消息间隔时间以及每次消息传输的最大和最小数据块的长度都有严格限制。四是具有命令/响应以及“广播”通讯方式，BC能够以“广播”方式向所有RT发送一个时间同步消息，这样总线上的所有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响应并执行操作。
MIL-STD-1553B总线的优点：1、线性局域网络结构——合理的拓扑结构使得1553B总线成为航空系统或地面车辆系统中分布式设备的理想连接方式。与点对点连接 相比，它减少了所需电缆、所需空间和系统的重量。便于维护，易于增加或删除节点，提高设计灵活性。2、冗余容错能力——由于其固有的双通道设计，1553B总线通过在两个通道间自动切换来获得冗余容错能力，提高可靠性。通道的自动切换对软件透明。3、支持“哑”节点和“智能”节点——1553B总线支持非智能的远程终端。这种远程终端提供与传感器和激励器的连接接口。十分适合智能中央处理模块和分布式从属设备的连接。4、高水平的电器保障性能——由于采用了电气屏蔽和总线耦合方式，每个节点都能够安全地与网络隔离；减少了潜在的损坏计算机等设备的可能性。5、良好的器件可用性——1553B总线器件的制造工艺满足了大范围温度变化以及军标的要求。器件的商品化使得1553B总线得以广泛地应用在苛刻环境的项目当中。6、保证了的实时可确定性——1553B总线的命令/响应的协议方式保证了实时的可确定性。这可能是大多数系统设计者在设计使命关键系统中选择1553B总线的最主要的原因。
三、发展现状:
MIL-STD-1553B总线具有高速、灵活的特点，通信效率高，修改、扩充和维护简便。下面列举一些数据：MIL-STD-1553B 是数字命令/响应式时分制多路传输数据总线，传输速率 1M 比特/秒，足以满足第三代作战飞机的要求；字长度 20
比特，数据有效长度 16 比特；半双工传输方式，双冗余故障容错方式，传输媒介为屏蔽双绞线。 1553B总线的冗余度设计，提高了子系统和全系统的可靠性。
总线本身（包括总线控制器、双绞线、偶合器等）平均无故障工作时间超过 10,000
小时，在全系统中基本可忽略其故障率，比歼-8Ⅱ原有联结方式好得多。同时可以省去歼-8Ⅱ设备间复杂繁琐的点对点联结，仅此一项可令全电子系统的重量减轻约 5%，并节省空间、功耗。数字传输方式与传统的模电方式相比，速度更快、反应时间更短、保密性更好、抗干扰能力更强，能充分发挥火控设备性能。字差错率小于千万分之一。在后勤维护方面，标准的接口、插卡非常容易拆卸，可以方便的通过数字式工具进行测试/虚拟。经测试仅地面测试一项，就可比以往减少 30% 的维护工时。 1553B协议最初是为空军设计的，随着1553B总线的优越性的不断体现和武器装备的升级换代，1553B协议已应用到各个兵种，在陆军和海军的武器和维护系统中已开始采用1553B总线。 随着国防现代化的建设和武器系统的升级换代，我军也开始将1553B协议大量的应用到武器系统的设计中。可见目前为止1553B基于其优越的性能，在众多领域的低位都是无法撼动的，也将得到进一步的发展和完善。
四、参考文献：
【1】 杨柳．浅谈1553B总线及其应用发展[J]．科学之友，2012.
综电平台操作总结与体会
实验内容：
1. 车辆综合电子系统功能演示实验
2. 成员操作训练
实验操作总结和体会：
车辆综合电子信息系统演示平台包括主控制机，驾驶员，车长，炮手，路面情况显示，信息处理显示等几个部分。如下图所示：
我在实验中主要操作和体会的是驾驶员对车辆的控制，主要包括起动，换挡，转向等几个步骤。每一步骤会有相应的提示音并且会在界面以红色标志指出，操作起来十分方便。但是由于操作按钮很多，还是会有跟不上或者按错的可能。在实战操作过程汇中，我认为驾驶员要经过长期严格的训练，才能对操作系统熟悉掌握，并且具有良好的控制力。在实验系统中界面的切换应该表明了其操作系统中控制面板的不同位置，所以我认为如果实验平台能够更好的模拟驾驶员驾驶过程中的真正状态，比如控制按钮的真正位置，在操作工程需要配合头的转动或者手的上下、左右动作才可以完成操控。这样能加强实验的真实感受，并且体会驾驶员在操作过程中可能产生的误操作有哪些，是由哪些因素引起。从而更合理的安排操作按钮的位置、颜色等等。这样可以缩短驾驶员的反应时间，使车辆在作战过程中具有更良好的机动性。由于驾驶员的操作窗口与路面反映窗口不在同一
位置，所以操作起来比较麻烦，如果每个操作窗口都配备一个小的反映路面情况的窗口，配合起来应该事半功倍。就不会导致驾驶员要躲开房屋，炮长攻击房屋的事情了。而且这次实验的路面情况较简单，都是平坦路面或者草地，没有沙地、沼泽等坦克经常需要作战的恶劣环境，我觉得增加一些路面情况会更能体现车辆综合电子信息技术的优势和应用。
CAN总线系统设计
虚拟仪器设计：
一个汽车驾驶仪表盘如下图，可以显示一些必要的信息。其中包括车速表盘、发动机转速表盘、油温显示条、燃油量显示条、左右转向灯、停车灯、里程显示和时间显示。
节点的ID号分配
在总线中传送的报文，每帧由7部分组成。CAN协议支持两种报文格式，其唯一的不同是标识符（ID）长度不同，标准格式为11位，扩展格式为29位。在标准格式中，报文的起始位称为帧起始（SOF），然后是由11位标识符和远程发送请求位 (RTR）组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧，在请求帧中没有数据字 在标准格式中，报文的起始位称为帧起始（SOF），然后是由11位标识符和远程发送请求位 (RTR）组成的仲裁场。RTR位标明是数据帧还是请求帧，在请求帧中没有数据字节。控制场包括标识符扩展位（IDE），指出是标准格式还是扩展格式。它还包括一个保留位 (ro），为将来扩展使用。它的最后四个字节用来指明数据场中数据的长度（DLC）。数据场范围为0～8个字节,其后有一个检测数据错误的循环冗余检查(CRC）。应答场（ACK）包括应答位和应答分隔符。发送站发送的这两位均为隐性电平（逻辑1），这时正确接收报文的接收站发送主控电平（逻辑0）覆盖它。用这种方法，发送站可以保证网络中至少有一个站能正确接收到报文。报文的尾部由帧结束标出。在相邻的两条报文间有一很短的间隔位，如果这时没有站进行总线存取，总线将处于空闲状态。
标志码29位优先级码3位+2位保留接收节点8位
发送节点8位信息类别8位
优先级设定:
优信息类别
先级
一 防护系统自动控制指令信息
二 驾驶员控制指令（非紧急）
三 电源、电起动及电抽尘系统故障信息
具体信息名称
发动机熄火指令信息，排气风扇窗驱动信号，排气风扇驱动信号，百叶窗关闭信号
照明系统控制指令信息、排水系统控制指令信息、加温器系统控制指令信息等
发电机故障、发电控制盒故障、抽尘补偿控制器故障、起动电机故障、起动控制故障等
四 发动机系统故障信息 缺省
五 传动系统故障信息
六 防护系统故障信息
七 辅助电器故障信息
缺省
灭火瓶故障、火焰传感器故障等信息
前大灯故障信号、排水泵故障信号、热风机故障信号、进气预热装置故障信号等
低爆／高爆信号，化武报警信号，动力舱火警信号，战斗室火警信号等
八 防护系统告警信息
九 电源、电起动系统及发电机不发电、发电机过电压等告警信息
电抽尘系统告警信息
信息传输规划:
接收终端
发送终端
驾驶员综合显控终端
a）节点初始化结果信息
b) 节点自检结果信息
c) 节点执行结果信息
d) 设备工况参数信息
e) 设备状态信息
f) 车辆运行参数信息
g) 设备故障诊断与告警信息
h) 设备综合控制盒在线状态信息
设备测控节点
设备测控节点
a) 设备工况参数信息
b) 设备状态信息
c) 车辆运行参数信息
d) 设备故障诊断与告警信息
e) 设备关联控制指令信息
g) 设备综合控制盒在线状态信息
驾驶员综合显控终端
无
a) 初始化命令信息
b) 自检命令信息
c) 设备操作执行命令信息
d) 上传工况参数命令信息
e) 上传设备状态命令信息
f) 上传运行参数命令信息
g) 停止上传命令信息
h) 驾驶员综合显控终端在线状态信息
消息传输规划：
接收终端
发送
终端
终端
终端 端 统
车长驾驶员炮长终武器系底盘电气
系统
三防灭火
系统
电台
统
数传火控系命令信车长终端
X
息
导航定位信息
命令
信息
超越调炮信息
×
指令
信息 火警
信息
命令信息
指令
信息
行驶驾驶员终端
状态信息
武器炮长终端
状况信息
仪表参底盘电气
系统
X
数
技术状况信息
灭火三防灭火终端
指令信息
工况信× × 息响应信息
×
设备状态信息
灭火指令信息
灭火指令信息
×
× ×
命令
×
信息
指令
信息
×
行驶状况信息
自动配电命令
状态参数 指令
信息
火警
信息
× ×
×
火警
信息
×
指令
信息
×
X X X
×
X × ×
×
× × ×
武器系统
数传电台
图像
图像 图像
火控系统
× ×
工况状态信息
×
×
× × ×
信息帧定义：信息帧又叫做帧，用来传送有效信息和数据
数据字节帧信息标志码
优先级接收节点发送节点信息类别系统指令10000010
5位8位8位2个字节8位
指令代码8位保留8位
帧信息数据字节标志码
保留发送节点接收节点信息类别状态参数10001000
5位8位8位8个字节8位
设备1数据设备3数据设备4数据设备2数据
2个字节2个字节2个字节2个字节
报文传输有以下 4 个不同类型的帧 :
数据帧 (Data Frame): 数据帧将数据从发送器传输到接收器。
远程帧 (Remote Frame): 总线单元发出远程帧,请求发送具有同一标识符的数据帧。
错误帧 (Error Frame): 任何单元检测到总线错误就发出错误帧。
过载帧 (Overload Frame): 过载帧用在相邻数据帧或远程帧之间提供附加的延时。
数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧 2 种格式。它们用一个帧间间隔与前面的帧分开。
节点系统故障类型：有以下5种不同的错误类型 ( 这 5 种错误不会相互排斥 ) 。
1. 位错误 ( Bit Error )
单元在发送位的同时也对总线进行监视。 如果所发送的位值与所监视的位值不相 符合 , 则在此位时间里检测到一个位错误。 但是在仲裁域的填充位流期间或应答间隙发送一隐性位的情况是例外的。此时,当监视到一显性位时,不会发出
位错误。当发送器发送一个“认可错误”标志但检测到显性位时,也不视为位错误。
2. 填充错误 ( Stuff Error )
在应当使用位填充法进行编码的报文域中,出现了第 6 个连续相同的位电平时,将检测到一个填充错误。
3. CRC 错误 ( CRC Error )
CRC 序列包括了发送器计算的 CRC 结果。 接收器计算 CRC 的方法与发送器相同。如果计算结果与接收到 CRC 序列的结果不相符,则检测到一个 CRC 错误。
4. 格式错误 ( Form Error )
如果一个固定格式的位域含有 1 个或多个非法位,则检测到一个格式错误。( 注:对于接收器,帧末尾最后一位期间的显性位不被当做帧错误。)
5. 应答错误 ( Acknowledgment Error )
只要在应答间隙期间所监视的位不为显性,发送器就会检测到一个应答错误。
错误帧定义：
错误帧 (Error Frame) 由两个不同的域组成,如图所示。第一个域是不同站提供的错误标志 (Error Flag) 的叠加 (Superposition)；第二个域是错误界定符
(Error Delimiter) 。
参考文献：
【1】 饶运涛 邹继军 郑勇芸编著.《现场总线CAN原理与应用技术》:北京航空航天大学出版社
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