1 引言

　　隨著航空航天以及武器裝備的電子信息化程度的日益提高，1553B總線的地位也日益突出，應用也越來越廣泛。如何對1553B總線系統的電纜網絡特性以及終端通訊協議進行全面有效的測試評估是長期以來的一個重要課題。本文參照GJB5185.5-2004以及GJB289-97等標準，闡述了一種新型的便攜式1553B電纜測試系統的設計和實現。

　　2 需求分析及功能定義

　　對1553B總線系統的檢測主要分為對1553B總線電纜網絡檢測和對1553B終端設備通訊協議的檢測兩大類。

　　2.1 1553B總線電纜網絡測試

　　1553B電纜網絡主要由主總線、短截線、耦合器三大部分組成[1,2]。受原料質量、生產加工、現場安裝、震動、磨損、溫度等因素影響，電纜網絡可能會出現線芯短路、線芯開路、線芯與屏蔽網短路、屏蔽網不連續、線芯極性接反等故障，因此需要對這些參數進行測試[1,2,3]。另外，電纜網絡接口松動接觸不良、耦合器不良、線圈比例不合格等因素會引起電纜交流參數變化，給通訊造成隱患，因此需要對數據完整性以及波形參數進行測試[1,2,3]。

　　2.2 1553B終端設備功能檢測

　　1553B終端設備功能檢測是檢驗被測終端設備是否能正常進行1553B數據通訊，是否滿足1553B協議。1553B終端設備可能會出現發送消息信號波形的峰值、時間間隔、對稱性等異常，或接收器無法識別標準的1553B信號，造成消息無法發送出去、無法識別RT地址、對接收到的命令字消息無法響應等故障。這些故障都體現在它們在總線網絡上傳輸的數據，于是可以在總線網絡上接入一個工作在BM模式下的1553B終端設備，對總線上的數據進行監聽，檢測網絡上哪個終端設備的數據不對，發現故障終端后再對該終端進行詳細的故障排除、維修[4,5]。

　　另外，由于在外場對航空電子設備或武器裝備進行檢測時，所有儀器設備都已經安裝在飛機、火箭內部，維護人員面臨設備拆卸不便、測試空間有限等困難。因此，用于檢測的測試系統要具有操作簡單、攜帶方便、長距離通訊等功能[3]。

　　3 總體設計

　　根據外場遠距離測試要求，便攜式1553B電纜測試系統分成兩個部分：測試主機和信號源，兩者通過Wi-Fi或RS485進行通訊，互相配合完成1553B總線設備的檢測[3]。系統框圖如圖1所示,采用嵌入式平板電腦作為整個系統的主控單元，其通過外圍接口(USB、Wi-Fi/RS485、RS232)擴展1553B測試專用主板、數據采集板以及1553B測試信號源主板，其中1553B測試信號源通過WiFi/RS485跟主機通訊，通訊距離不小于50米(Wi-Fi)/1000米(RS485)[3]。

　　圖1 便攜式1553B電纜測試系統的組成

　　主控單元采用嵌入式平板電腦，其豐富的外設可滿足擴展各個系統模塊的要求，觸摸屏設計以及可安裝Windows XP操作系統，為設計友好的人機交互界面提供了條件。1553B測試專用主板上集成了系統供電系統、1553B電纜網絡測試模塊以及基于USB接口的1553B終端設備功能測試模塊。1553B測試專用主板基于FPGA設計，主板控制處理器、網絡測試用的1553B總線控制器以及終端設備功能測試用的1553B控制器全部集成在FPGA內部，集成度高，體積小，達到便攜式設計要求。數據采模塊采用基于USB接口設計，負責對1553B總線上的數據信號進行采集，傳輸到主控單元進行分析處理。1553B測試信號源模塊也是基于FPGA設計，用于產生測試所需要的各種1553B數據信號[3]。

　　另外，為提高系統使用的便利性以及對環境的適應性，測試主機和1553B測試信號源都設計有鋰電池供電，而且支持一邊充電一邊工作的模式[3]。

　　4 硬件設計

　　4.1 主控單元及數據采集模塊

　　系統的主控單元選用嵌入式平板電腦，選型要求主要為具有RS485/WiFi、USB、RS232接口，低功耗，支持觸摸輸入，支持Windows XP操作系統等。綜合考慮系統的要求，可選用工業控制平板電腦。數據采集系統直接可選用基于USB接口的數據采集模塊，要求其具有如下性能：帶寬200MHz，采樣速率高達1 GS/s;支持2通道輸入;存儲深度為32Mpts;垂直分辨率8位;緊湊的便攜式結構;USB2.0接口;最大輸入CAT 130Vrms, 42 Vpk[3]。

　　4.2 1553B測試專用主板

　　1553B測試專用主板采用緊湊型設計，由系統供電模塊、1553B電纜網絡測試模塊以及基于USB接口的1553B終端設備功能測試模塊組成。主板的原理框圖如圖2所示：

　　圖2 1553B測試專用主板原理框圖

　　1553B測試專用主板的核心為一款大容量的FPGA，其中內嵌歐比特公司的高可靠嵌入式處理器S698 IP核作為主控SOC，同時內部集成了電纜網絡測試和終端設備功能測試用的1553B總線控制器，配合外圍接口模塊，實現了USB接口、RS232接口、1553B電纜網絡測試控制模塊以及1553B終端設備控制模塊的功能[3,4]。

　　S698 IP核是一款可裁減的基于AMBA總線架構的內核，帶有豐富的外設，特點如下[4]：

　　? 帶IU/FPU單元，支持5級流水;

　　? 帶有內存控制器，可以外接SRAM/PROM/SDRAM;

　　? 帶有中斷控制器;

　　? 帶有2個UART串口;

　　? 帶有2個內部定時器;

　　? 帶有GPIO接口;

　　1553B總線控制器 IP核是歐比特公司專門為航空、航天測控網絡中的設備開發的符合MIL-STD-1553B(以下簡稱1553B)協議的總線控制器模塊。該模塊內部實現了1553B總線協議處理器和總線數據收發器，可以完成總線控制器(BC：Bus Controller)、遠程終端(RT：Remote Terminal)和總線監視器(BM：Bus Monitor)三種總線設備的功能。此處使用的1553B內核是集成了2個OBT1553B的功能，從而實現具有獨立兩路1553B功能的總線控制器。同時內核內置了32K X 16 Bit靜態存儲器，靜態存儲器容量的大小可以根據需要修改[5]。

　　S698處理器內部帶有RS232接口[4]，它用于實現1553B電纜網絡測試模塊跟系統主控單元之間的通訊，主控單元根據測試流程通過RS232接口向網絡測試模塊發送命令，網絡測試模塊根據命令控制1553B控制器模擬某種1553B總線工作模式(BC/RT/BM)，發送或接收1553B數據消息，并控制數據采集通道的切換[3]。

　　在S698處理器的IO接口外掛PHILIPS公司提供的ISP1582芯片，即可實現12Mbit/s全速的USB接口功能[6]。USB接口用于實現1553B終端設備功能測試模塊跟主控單元之間的通訊，主控單元通過USB接口控制主板上1553B終端設備功能測試模塊模擬某種1553B總線工作模式(BC/RT/BM)，實現跟外部被測1553B終端設備進行數據通訊，主板把主控單元發送下來的數據組成消息發送出去，或把接收到的消息數據上傳到主控單元進行分析、處理。

　　4.3 1553B測試信號源

　　1553B測試信號源要根據測試進程，模擬BC或RT，產生各種測試用的1553B激勵信號。基于FPGA設計信號源模塊，具體原理框圖如圖3所示：

　　圖3 信號源模塊功能框圖

　　1553B信號源模塊基于FPGA設計，采用S698 IP核作為板上主控處理器，結合外圍晶振、復位、數據存儲器和程序存儲器，組成板上控制系統。同時在FPGA內部集成了1553B總線控制器 IP核，實現BC/RT/BM功能，產生各種1553B總線數據信號。為實現跟系統的主控單元之間的通訊，設計有WiFi以及RS485接口。S698自身帶有串口控制器，選用MAXIM公司提供的RS485驅動芯片--MAX3485作為驅動即可實現RS485接口。WIFI接口選用工業用WiFi轉串口模塊SocketWireless WiFi，它支持因特網協議、加密協議、硬件加速協議，支持無線IEEE 802.11b/g標準，可以方便的把串口設備接入IEEE 802.11b/g無線局域網[3]。

　　5 專用軟件設計

　　為利于系統的維護及功能擴展，專用軟件的設計遵循軟件結構化和模塊化的設計思想。專用軟件主要包括WIFI/RS485用戶管理模塊、系統配置管理模塊、通訊控制模塊、數據采集控制模塊、1553B電纜網絡測試模塊、1553B終端設備功能測試模塊、測試波形回放打印模塊、測試報表統計分析模塊、系統在線幫助模塊，總體結構如圖4所示：

　　圖4 專用軟件總體框圖

　　上層界面軟件通過主控單元的外設驅動接口跟底層固件之間實現通訊。USB接口采用常用的通訊協議，在此不作詳述。RS485以及RS232接口采用標準的MODBUS RTU通訊協議。該協議采用請求和應答機制，并對數據幁進行了16位CRC校驗，通訊過程中采用重發機制，從而保證了通訊的安全性和準確性。

　　Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間和其它設備之間可以通信。該協議已經成為一通用工業標準，它定義了一個控制器能認識使用的消息結構,而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設備的過程，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。

　　當在一Modbus網絡上通信時，此協議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用Modbus協議發出。MODBUS通訊過程如圖5所示。

　　圖5 MODBUS通訊過程示意圖

　　6 結束語

　　本文提供了一種新型的便攜式1553B電纜測試系統的設計方案，該方案可以提供1553B電纜網絡故障檢測以及定位、電纜網絡性能測試分析以及1553B終端設備功能和協議測試功能，具有高集成、高穩定、高可靠以及操作簡單、通用性強、攜帶方便等特點。目前，該方案已經在珠海歐比特公司的OBT1553B-CTS-P型便攜式1553B電纜測試系統產品中得到實現和應用，該產品也已經在我國多家裝備研制和維護檢修單位中得到了實際的應用，用戶反映良好。

　　參考文獻：

　　[1] 國防科學技術工業委員會. GJB5186.5-2004 數字式時分制指令/響應型多路傳輸數據總線測試方法，第五部分：系統測試方法，2004.

　　[2] Aerospace Internetional Group. SAE4115 Test Plan For The Digital Time Division Command/Response Multiplex Data Bus System，2006.

　　[3] 珠海歐比特控制工程股份有限公司. OBT1553B-CTS-P型便攜式1553B電纜測試系統使用說明書. 2011.

　　[4] 珠海歐比特控制工程股份有限公司. S698-T芯片用戶手冊. 2011.

　　[5] 珠海歐比特控制工程股份有限公司. OBT1553-1M IP核用戶手冊. 2011.

　　[6] PHILIPS Inc. ISP1582 Hi-Speed Universal Serial Bus peripheral controller Preliminary data sheet. 2004.