MIL-STD-1553/1773傳輸協(xié)議簡(jiǎn)介

1553/1773總線上有總線控制器(BC)、遠(yuǎn)程終端(RT)和總線監(jiān)視器(BM)三種類型的終端，都連接到總線上形成廣播信道。每個(gè)終端同時(shí)連接到多條總線上，并從中選擇一條總線用作平時(shí)通信的主總線，而其他總線則作為空閑的冗余總線，一旦主總線發(fā)生故障所有終端就切換到冗余總線繼續(xù)進(jìn)行通信。所有終端在總線上以1 Mb/s速度傳送信息，總線上最多能連接32個(gè)終端，1553/1773總線的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在1553/1773總線上傳送的基本信息是命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。1553/1773總線網(wǎng)絡(luò)是集中控制式，即總線上所有終端之間的通信都由BC組織發(fā)起，并在BC的控制下進(jìn)行。其傳輸過(guò)程如下：BC在總線上以廣播的方式發(fā)送命令字，RT通過(guò)將命令字中的地址域與自身地址比較來(lái)決定是否接收該命令字。RT根據(jù)命令字中的內(nèi)容完成相應(yīng)的操作(接收數(shù)據(jù)字、發(fā)送數(shù)據(jù)字或重啟、自檢等)，同時(shí)以狀態(tài)字響應(yīng)BC的命令。BC通過(guò)分析RT返回的狀態(tài)字來(lái)判斷RT是否完成指定的操作以及RT是否工作正常。1553/1773總線上的傳輸分為多種類型，包括BC-to-RT傳輸、RT-to-BC傳輸、RT-to-RT傳輸、模式命令等各種類型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸和廣播傳輸。協(xié)議中每一種傳輸類型對(duì)應(yīng)一種消息格式[1,2]，采用不同的消息格式就能完成各種類型的傳輸。消息格式類似于一種幀格式，但消息中包括了BC發(fā)出的命令字和RT返回的狀態(tài)字(其中廣播消息RT不返回狀態(tài)字)以及在BC和RT之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字，因此消息格式實(shí)際上規(guī)定了一套命令/響應(yīng)的協(xié)議規(guī)則。

存儲(chǔ)管理
BC通常與一臺(tái)稱為主機(jī)(host)的計(jì)算機(jī)相連，該計(jì)算機(jī)用于控制BC進(jìn)行1553/1773總線上的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也搜集總線上的數(shù)據(jù)用于分析。BC自身并不產(chǎn)生命令字、數(shù)據(jù)字，BC在1553/1773總線上發(fā)出的所有命令字和數(shù)據(jù)字都來(lái)自主機(jī)，主機(jī)將所有待發(fā)出的數(shù)據(jù)和控制命令按照協(xié)議規(guī)定的格式翻譯成BC能夠理解的數(shù)據(jù)字和命令字，并合成為消息交給BC，BC依次發(fā)送這些消息以實(shí)現(xiàn)對(duì)1553/1773總線上其他終端的控制。由于BC在1553/1773總線上的數(shù)據(jù)傳輸速率與主機(jī)系統(tǒng)總線速率不一致，所以BC和主機(jī)之間應(yīng)引入緩存，主機(jī)發(fā)往BC的數(shù)據(jù)應(yīng)先保存在緩存中。根據(jù)BC自動(dòng)完成傳輸能力的高低可將BC分為字處理控制器、消息處理控制器、幀(多消息)處理控制器三種類型[3]。要實(shí)現(xiàn)具有多消息處理能力的BC，需要建立具有自動(dòng)讀寫控制能力的邏輯，能夠?qū)崟r(shí)從緩存中讀取或?qū)懭胂?shù)據(jù)，以滿足在1553/1773總線上消息傳輸?shù)倪B續(xù)性要求[1,2]。要實(shí)現(xiàn)在BC與主機(jī)之間有效傳遞數(shù)據(jù)及控制信息，還需要對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行規(guī)劃，并制定關(guān)于數(shù)據(jù)及控制信息合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而讓主機(jī)和BC的硬件、軟件共同遵守。上述內(nèi)容主要屬于存儲(chǔ)管理的范疇，因此其設(shè)計(jì)均可歸結(jié)為存儲(chǔ)管理單元的設(shè)計(jì)。

存儲(chǔ)管理單元的設(shè)計(jì)
存儲(chǔ)管理單元的設(shè)計(jì)包括消息隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)空間的規(guī)劃和讀寫控制邏輯(控制過(guò)程)的設(shè)計(jì)三方面。另外，設(shè)計(jì)讀寫控制邏輯的過(guò)程中要考慮可編程的因素，可以通過(guò)設(shè)置控制字(或配置寄存器)的方式來(lái)允許主機(jī)對(duì)BC硬件邏輯的工作方式進(jìn)行配置。

消息隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
BC和主機(jī)必須事先約定好存儲(chǔ)在緩存(共享存儲(chǔ)器或共享RAM)中的格式，即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便BC的硬件邏輯能夠正確讀取其中的信息。消息隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義包括單個(gè)消息塊存儲(chǔ)格式的定義和消息隊(duì)列的存儲(chǔ)格式兩部分。可以將所有消息格式用一種統(tǒng)一的定長(zhǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表示或按照自然格式來(lái)存儲(chǔ)各種格式的消息(這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是變長(zhǎng)的)。由于采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)容易造成存儲(chǔ)空間的浪費(fèi)，因此應(yīng)采用后一種方法來(lái)表示消息。這種方法需要在消息塊塊首位置設(shè)置控制字來(lái)標(biāo)明消息類型。這樣，雖然消息塊存儲(chǔ)格式隨消息類型不同而不同，但BC硬件邏輯可根據(jù)塊首的控制字以及命令字中的word count域來(lái)辨別該消息塊的存儲(chǔ)類型及大小，并選取響應(yīng)的控制時(shí)序來(lái)讀寫該消息塊，采用這種方法來(lái)存儲(chǔ)消息塊的代價(jià)是增強(qiáng)了控制邏輯的復(fù)雜性。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，可集成幾十萬(wàn)門的FPGA/CPLD芯片已經(jīng)可供使用，完全能夠滿足復(fù)雜控制邏輯的要求，因此在設(shè)計(jì)中可以不考慮邏輯的復(fù)雜性，圖2給出了幾種典型消息的存儲(chǔ)格式。
消息隊(duì)列的編排方式主要有數(shù)組和消息鏈表。數(shù)組是將指向各個(gè)消息塊的地址指針連同控制信息以棧的形式堆放在一起，占用一整塊的存儲(chǔ)空間，只需將數(shù)據(jù)塊指針順序移動(dòng)就能依次訪問(wèn)各個(gè)消息塊。消息鏈表是在消息塊中放置一個(gè)指向下一個(gè)消息塊的地址指針，BC只需知道消息鏈表的頭節(jié)點(diǎn)即可訪問(wèn)“消息鏈”上的所有消息塊。