0 概述

    MIL-STD-1553B总线(飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线)是由美国自动化工程师协会在军方和工业界的支持下制定的，于1978年正式公布^[1]。1987年，我国军方根据此标准，推出了与之对应的军标GJB289A-87，后经过系统应用实践及不断完善，1997年颁布的GJB289A-97代替了GJB289A-87，从而使我国航空武器总线标准技术实现了国产化^[2-3]。

    GJB289A总线历经多年的发展，目前已成为一种成熟的机载总线，被广泛用于飞机综合航空电子系统、武器外挂与集成系统，并逐步扩展到飞行控制等系统及坦克、舰船、航天等领域^[4-5]。当前，新飞机研制及老飞机改造项目中，对数据总线的传输速率要求越来越高，GJB289A总线传输速率仅为1 Mb/s，已经无法满足机载数据总线的高吞吐率要求^[6]。因此高速GJB289A总线是GJB289A总线的发展趋势之一^[7]。

1 拓扑结构

    一个完整的高速GJB289A总线系统是由若干个具有高速GJB289A总线接口的子系统和数据总线组件构成。子系统是从数据总线接收数据服务的设备，数据总线组件包含终端、线缆、连接器、耦合器、中止器。终端是具有GJB289A总线接口的电子组件，是数据总线与子系统间互连的接口，终端分为总线控制器BC（Bus Control）、远程终端RT（Remote Terminate）和总线监控器BM（Bus Monitor）三种。

    总线控制器：总线系统中组织信息传输的终端，作为“总线仲裁者”对不同子系统间的通信进行统一管理，完成系统间数据传递和信息的共享。

远程终端：总线系统中除了总线控制器和总线监控器之外的所有终端，它们在BC控制管理下进行数据传输。

    总线监控器：总线系统中接收、记录总线上传输的信息并有选择地提取信息的终端，本身不参与数据传输仅被动接收总线数据。

    在一个总线系统中，同一时刻有且仅有一个BC控制和管理总线上的RT，并允许备份总线BBC（Backup Bus Controller）存在。根据子系统任务需求安排RT的数量，其数量不能超过31个。BM主要职能是记录、监控整个系统信息，为分析总线系统性能和故障定位提供依据，一般只在地面仿真维护系统中使用。图1为GJB289A总线系统拓扑结构。图中包含BC终端、RT终端、BBC终端和BM终端，所有的终端采用总线型拓扑进行互联，所有链路均采用双余度设计。

2 系统工作原理

    高速GJB289A总线采用指令/响应的处理机制，在整个总线系统中BC是总线唯一控制者，在BC的控制下RT被动地接收或者发送数据信息到总线上的其他终端。BC的控制操作码称为指令字，指令字中包含RT地址、接收/发送标志、子地址、数据长度，这4个字段指定了总线上的某个终端的那个子地址接收/发送若干个数据到总线上的其他终端。总线上的某个终端在接收到指令字时执行并响应状态字到BC，BC再对状态字作出合格性判断，从而完成总线的一次数据传输。按照总线系统间数据信息交换与共享的原则可以将1553B总线的数据传输分为：BC到RT、RT到BC、RT到RT。下面介绍几种数据传输格式。

    （1）BC到RT

    BC到RT指的是总线控制器到远程终端的数据传输。首先BC向某个RT发出一个指令字和规定长度的数据字到总线上，RT在接收到指令字后，解析并执行指令字将数据信息存储到指定的存储单元，然后响应状态字到总线上的BC。如图2所示，BC将指令字和数据字连续发给RT，RT接收到指令字和数据字后响应状态字到BC。

    （2）RT到BC

    RT到BC指的是远程终端到总线控制器的数据传输。BC发出一个指令字到总线上的某个RT，RT接收并解析来自BC的指令字后，将指令字中指定子地址的若干数据字发送到BC，随后响应状态字到BC，完成传输。如图3所示，BC将指令字发送给RT，随后RT响应BC状态字，并发送数据。

    （3）RT到RT

    RT到RT传输指的是两个远程终端间的传输。首先BC发送指令字到接收数据的RT紧接着BC在发送一个指令字到发送数据的RT。然后发送数据的RT接收到指令字后，将数据字发送到接收数据的RT，并响应状态字到BC，接收数据的RT，在接收到数据之后，响应状态字到BC，完成RT到RT传输。如图4所示，总线控制器发送指令字1到RT1，发送指令字2到RT2，随后RT2响应状态字到BC，并发送数据字1、数据字2等到RT1，最后RT1响应状态字1到BC。

3 技术特点及优点

    高速GJB289A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。其可靠性机制包括防错功能、容错功能、错误的检测和定位、错误的隔离、错误的校正、系统监控及系统恢复功能。采用双冗余系统，有两个传输通道，保证了良好的容错性和故障隔离。其技术指标与标准GJB289A总线对比如表1所示。

    GJB289A总线具有以下特点及优点：

    （1）实时性好。GJB289A总线的命令/响应的协议方式保证了实时的可确定性；

    （2）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，GJB289A采用了合理的差错控制措施——反馈重传纠错方法。当总线控制器BC向某一终端RT发出一个命令或发送一个消息时，终端应在给定的响应时间内发回一个状态字，如果传输的消息有错，终端就拒绝发回状态字，由此报告上次消息传输无效。而方式命令不仅使系统能完成数据通信控制任务，还能反馈故障情况并完成容错管理功能；

    （3）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GJB289A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；

    （4）具有命令/响应以及“广播”通信方式。BC能够以“广播”方式向所有设备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。这种方式非常适合集中控制的分布式处理系统。

4 总线发展趋势

    未来几年内GJB289A总线将主要朝着两个方向发展。一是协议处理芯片和总线组件的功耗更小，抗恶劣环境的能力更强，1553B和计算机之间的接口也逐渐标准和统一，目前国内已有多家单位的1553B总线产品正朝着这个方向发展，并已研制出1553B总线协议处理器；二是1553B总线的传输速度将不断提高，从最初的1 Mb/s发展到2 Mb/s、4 Mb/s和10 Mb/s。

    在现代飞机设计中，虽然光纤通道可以提供对视频信号、传感器信号的高速连接。但在机电系统中依然存在与低速设备的连接要求， GJB289A总线与高速光纤通道拓扑同时并存、相互综合。另一方面，总线数量的增加，也要求相应地增加更多的总线接口以适应增添的功能模块。美国海军和有关研究机构通过实验演示了传统GJB289A和光纤通道协议之间的转换，以及传统的GJB289A远程终端器件与光纤通道互连方案的系统综合，证明了GJB289A总线与光纤通道交互操作以及从GJB289A互连升级到光纤通道的系统互连的可行性。FC-AE-1553既具有光纤通道的良好网络性能，又具有GJB289A的传统优势，因此有“吉比特的1553”之称，另外FC-AE-1553也兼顾对传统GJB289A网络的桥接。因此FC-AE-1553网络，对传统GJB289A网络能很容易保留与继承，高速GJB289A数据总线在未来还会有进一步发展空间。

5 总结

    GJB289A总线以其传输的高可靠性、使用简单灵活的特点，被广泛应用在航空航天等领域。本文在GJB289A总线的发展背景的基础上，通过分析高速GJB289A总线的拓扑结构、工作原理以及特点，对高速GJB289A总线络进行了研究，对后续高速GJB289A总线协议研究、芯片研制、应用解决方案以及高速GJB289A总线的系统设计具有重要的参考价值。

参考文献

[1] MIL-STD-1553.Protocol Tutorial[S].Condor Engineering，Inc.2004.

[2] MIL-STD-1553B-1989.飞机内部时分制指令/响应式多路传输数据总线[S]．1989．

[3] GJB 5186.1-2003.数字式时分制指令/响应式多路传输数据总线测试方法[S]．2003．

[4] 田泽，韩炜，赵强，等．1553B总线接口SoC设计与实现[J]．航空计算技术，2008(9)：15－21．

[5] 王绮卉，田泽，赵彬．基于HKS1553BCRT芯片的1553B总线通信软件设计[J]．计算机技术与发展，2012(8)：39-42．

[6] 郭泽仁．1553B总线系统优化及可靠性设计[J]．山东理工大学学报(自然科学版)，2008，22(1)：67－70．

[7] 李文军，邰炳昌．飞机1553B总线的测试系统[J]．飞机设计，2003(2)：51－54．