摘要：1553B總線在航天領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為星載有效載荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕緩健榱藢?shí)現(xiàn)星載有效載荷通過(guò)1553B總線傳輸指令和科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選用了以TI公司DSP芯片SMJ320VC33為控制器、DDC公司BU65170為通訊芯片的設(shè)計(jì)方案。本文所設(shè)計(jì)的有效載荷具有接口簡(jiǎn)單、通訊速度快、可靠性高的特點(diǎn)，并已在某星載有效載荷中成功應(yīng)用，效果良好，對(duì)星載1553B總線RT（遠(yuǎn)置終端）設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)和參考意義。

　　0 引言

　　1553B總線是MIL-STD-1553總線的簡(jiǎn)稱(chēng)，其中B就是BUS.MIL-STD-1553 總線是飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制命令/響應(yīng)式多路復(fù)用數(shù)據(jù)總線，是美國(guó)軍方專(zhuān)為飛機(jī)上設(shè)備制定的一種信息傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)，也就是設(shè)備間傳輸?shù)膮f(xié)議。1553B 總線具有一般總線所無(wú)法比擬的高可靠性和實(shí)時(shí)性，在許多重要的科技領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

　　近年來(lái)，1553B總線在我國(guó)許多行業(yè)也得到了很好的應(yīng)用，如航空、航天電子設(shè)備，汽車(chē)行業(yè)和潛艇等。本文以某星載有效載荷為例，選用DDC 公司的BU65170 作為1553B 總線接口芯片，Ti 公司的高速數(shù)字信號(hào)處理器SMJ320VC33 作為控制器，研制了星載1553B 總線遠(yuǎn)置終端（Remote Terminal）設(shè)備。文中為1553B 總線接口芯片BU65170 和控制器SMJ320VC33 設(shè)計(jì)了硬件接口連接電路，并對(duì)BU65170進(jìn)行了初始化和軟件控制，實(shí)現(xiàn)了星上1553B 總線控制器（BC）與有效載荷（遠(yuǎn)置終端）之間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　1 芯片介紹

　　1.1 BU65170介紹

　　BU65170 是美國(guó)DDC 公司推出的第五代1553B 總線產(chǎn)品。它是控制器與1553B 總線之間的智能接口。

　　BU65170內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.

　　BU65170 可選擇在12 MHz 和16 MHz 兩種時(shí)鐘頻率下工作。芯片內(nèi)部具有4K×16 b靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及17個(gè)功能寄存器。還集成了編碼/解碼器，雙收發(fā)器和協(xié)議處理器，數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議經(jīng)編碼/解碼器處理，通過(guò)雙收發(fā)器A/B來(lái)完成與1553B總線間的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1 Mb/s.

　　協(xié)議控制器和存儲(chǔ)管理器使BU65170具有許多增強(qiáng)型的功能：數(shù)據(jù)傳輸可以選擇在單消息、雙緩沖、循環(huán)緩沖模式下進(jìn)行。三種數(shù)傳模式的靈活運(yùn)用不但能保證指令和數(shù)據(jù)收發(fā)的實(shí)時(shí)性，還支持大量的數(shù)據(jù)低誤碼率的問(wèn)題；提供對(duì)消息的非法檢測(cè)功能。對(duì)于來(lái)自總線上的消息，協(xié)議控制器根據(jù)非法指令表初始化的內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行判斷，相應(yīng)合法的消息，對(duì)未啟用的消息加以非法屏蔽。這樣可大大地提高系統(tǒng)的工作效率。

　　BU65170 通過(guò)中斷接口邏輯的控制可產(chǎn)生多種可屏蔽中斷。芯片內(nèi)部集成了中斷控制寄存器和中斷狀態(tài)寄存器。中斷控制寄存器用來(lái)允許活屏蔽不同類(lèi)型中斷，當(dāng)由中斷服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，CPU可以通過(guò)查詢中斷狀態(tài)寄存器來(lái)判斷引發(fā)中斷的消息類(lèi)型，從而進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。

　　BU65170 與MCU 接口簡(jiǎn)單，可應(yīng)用8位16位單片機(jī)系統(tǒng)，也適用于高速DSP系統(tǒng)，并有多種接口方式，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

　　由于可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星應(yīng)用的多數(shù)單片機(jī)數(shù)據(jù)總線為8 位，而B(niǎo)U65170 數(shù)據(jù)總線為16 位，因此數(shù)據(jù)通訊時(shí)1個(gè)數(shù)據(jù)字需要執(zhí)行兩次讀寫(xiě)操作，通訊效率較低；高速數(shù)字信號(hào)處理器數(shù)據(jù)總線一般為16位或32位，并且接口資源更為豐富，與BU65170 連接更為方便，1 次通訊可實(shí)現(xiàn)1個(gè)數(shù)據(jù)字的輸出，通訊效率高。

　　1.2 SMJ320VC33介紹

　　SMJ320VC33是TI公司一款32位高性能的CPU,它是一款應(yīng)用0.18 μm 四層金屬CMOS 技術(shù)制造的32 位浮點(diǎn)運(yùn)算處理器，為用戶提供了相當(dāng)豐富的硬件和軟件資源。主要性能指標(biāo)及內(nèi)部資源如下：

　　75 MIPS/150 MFLOPS（時(shí)鐘75 MHz）；片內(nèi)具有34K×32 b位的靜態(tài)RAM,既降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本，又提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度；獨(dú)立的程序總線、數(shù)據(jù)總線和DMA 總線，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)和DMA 操作可以并行進(jìn)行； 采用雙電源供電，芯片外圍電壓3.3 V,核電壓僅1.8 V,降低了功耗；具有4個(gè)外部中斷，中斷觸發(fā)方式有兩種：邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)；具有一個(gè)64×32 b的Cache,提高了程序的運(yùn)行速度；片內(nèi)存儲(chǔ)器可以映射的外設(shè)包括1 個(gè)串口、2個(gè)32 b定時(shí)器和一個(gè)DMA 控制器；高效的流水線操作。

　　DSP芯片SMJ320VC33具有速率快、技術(shù)成熟、開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)，因此在航空、航天等軍用電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。SMJ320VC33數(shù)據(jù)總線寬度為32位，與BU65170連接方式簡(jiǎn)單、可靠。

　　2 硬件連接

　　BU65170 與控制器具有兩種連接方式：直接模式（TRANSPARENT MODE）和緩沖模式（BUFFEREDMODE），其中直接模式在BU65170 與控制器之間增加雙口RAM,控制器與BU65170之間通過(guò)雙口RAM 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；緩沖模式下控制器與BU65170直接連接，無(wú)需增加雙口RAM器件。本方案中BU65170選擇緩沖模式與控制器連接，硬件連接框圖如圖2所示。

　　主要硬件連接設(shè)計(jì)如下：BU65170 與SMJ320VC33之間連接方式為緩沖（BUFFER）模式；BU65170安排在SMJ320VC33 地址空間C00000h~FFFFFFh 內(nèi)，由片選信號(hào)PAGE3 選通。BU65170 的片選信號(hào)SELECT、STRBD均連接至SMJ320VC33的外設(shè)片選信號(hào)PAGE3;BU65170 復(fù)位信號(hào)RESET 通過(guò)SMJ320VC33 地址總線擴(kuò)展得到。DSP上電初始化后對(duì)BU65170進(jìn)行軟復(fù)位；BU65170的M/R用于存儲(chǔ)器、寄存器讀寫(xiě)切換（M/R為0時(shí)寄存器讀寫(xiě)、為1時(shí)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)），由SMJ320VC33地址總線A12控制，BU65170讀寫(xiě)地址為基址+偏移。寄存器基址為0xC00000,存儲(chǔ)器基址為0xC01000;偏移量見(jiàn)BU65170內(nèi)部存儲(chǔ)區(qū)分配（如配置寄存器1偏移量為2）。

　　由于SMJ320VC33 接口電壓為3.3 V,而B(niǎo)U65170為5 V,總線接口電壓不匹配。因此在數(shù)據(jù)總線和控制信號(hào)（由BU65170 至SMJ320VC33）之間增加電平轉(zhuǎn)換器（5 V←→3.3 V），電平轉(zhuǎn)換器選用UT 公司的UT54ACS164245;SMJ320VC33 讀寫(xiě)速度較快，其主頻可達(dá)75 MHz[4].本文設(shè)計(jì)工作主頻為60 MHz,對(duì)應(yīng)讀寫(xiě)短周期分別為16.6 ns和33.2 ns（讀操作占用1 個(gè)機(jī)器周期，寫(xiě)操作占用2個(gè)機(jī)器周期），而B(niǎo)U65170讀寫(xiě)周期約為200 ns,因此二者之間讀寫(xiě)時(shí)序不匹配。

　　SMJ320VC33具備兩種讀寫(xiě)工作模式：軟等待模式和硬等待模式，具體由總線控制寄存器配置控制。其中軟等待模式下多可將讀寫(xiě)操作延長(zhǎng)至8個(gè)機(jī)器周期，對(duì)應(yīng)讀寫(xiě)時(shí)間約為132 ns（60 MHz主頻）；硬等待模式讀寫(xiě)時(shí)間由外設(shè)決定，此模式下SMJ320VC33通過(guò)查詢RDY腳電平狀態(tài)判斷讀寫(xiě)操作是否完成（RDY 腳為低電平時(shí)讀寫(xiě)操作完成，高電平時(shí)等待）。本文設(shè)計(jì)為硬等待模式，將BU65170 的READYD 經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換之后連接至SMJ320VC33的RDY 腳；BU65170的INT腳連接至控制器SMJ320VC33 的外部中斷3.當(dāng)接收到消息時(shí)，BU65170的INT腳會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)（電平或邊沿觸發(fā)），表明有通訊消息發(fā)生。SMJ320VC33 對(duì)BU65170相應(yīng)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作，判別接收到的消息類(lèi)型，并作出相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)；BU65170通過(guò)耦合變壓器與1553B總線連接，耦合變壓器選用DDC 公司的B3226,信號(hào)耦合系數(shù)比為1∶2.5;BU65170 時(shí)鐘選擇16 MHz 工作模式，16 MHz時(shí)鐘由有源晶振ZA519提供。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，主要由初始化、主循環(huán)模塊構(gòu)成。

　　3.1 初始化模塊

　　程序初始化包括2 部分內(nèi)容：DSP 初始化和BU65170初始化。

　　3.1.1 DSP初始化

　　DSP 初始化主要對(duì)SMJ320VC33內(nèi)部寄存器（中斷寄存器IE、IF、ST,定時(shí)器、總線控制寄存器等）、IO擴(kuò)展口及內(nèi)部RAM等進(jìn)行初始化。

　　3.1.2 BU65170初始化

　　BU65170啟動(dòng)工作之前需要對(duì)其進(jìn)行初始化，主要對(duì)BU65170工作模式、消息處理模式和其他相關(guān)寄存器進(jìn)行配置，同時(shí)對(duì)各子地址查找表進(jìn)行配置。初始化順序?yàn)椋鹤拥刂凡檎冶砼渲谩鎯?chǔ)區(qū)配置→寄存器配置。

　　子地址查找表分為A、B兩個(gè)區(qū)，分別獨(dú)立設(shè)置（互為備份、冗余）。每個(gè)區(qū)又分為接收查找表、發(fā)送查找表及廣播查找表。

　　查找表定義初始化流程如圖3所示。圖3中Roffse-tA,ToffsetA,RT_SAA分別為A區(qū)接收、發(fā)送及廣播查找表；RoffsetB,ToffsetB,RT_SAB分別為B區(qū)接收、發(fā)送及廣播查找表。子地址共32個(gè)。

　　BU65170內(nèi)部含4K×16 b數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，包含消息接收堆棧、查找表及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。其中消息接收堆棧用于存儲(chǔ)消息命令字，查找表用于消息數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)地址鏈接（1 553 B消息數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)地址），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用于存儲(chǔ)1 553 B消息數(shù)據(jù)字。初始化時(shí)首先對(duì)A、B區(qū)查找表按照BU65170用戶手冊(cè)進(jìn)行定義及地址配置，之后設(shè)置各子地址消息數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)地址（將數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)地址寫(xiě)至相應(yīng)查找表）；通過(guò)子地址控制字啟用設(shè)計(jì)需要的子地址，對(duì)對(duì)未啟用的子地址進(jìn)行屏蔽。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)配置完成之后對(duì)其進(jìn)行初始化（一般為清零）。

　　寄存器初始化需要按照一定的順序進(jìn)行（如順序不對(duì)，則BU65170不正常工作）。BU65170內(nèi)部共包含17個(gè)寄存器，初始化只涉及其中7個(gè)寄存器。本設(shè)計(jì)寄存器初始化順序及設(shè)置見(jiàn)表1.

　　寄存器由上至下順序進(jìn)行初始化。初始化時(shí)對(duì)上述寄存器進(jìn)行單字寫(xiě)操作。

　　3.2 主循環(huán)模塊

　　主循環(huán)模塊用于完成對(duì)1553B 消息的響應(yīng)及處理。對(duì)于一般的RT 而言，消息一般分為3 類(lèi)：指令消息、數(shù)據(jù)傳輸消息及校時(shí)消息。其中指令消息（BC 向RT發(fā)送）可包含多條，也可只設(shè)置一條（一個(gè)子地址可同時(shí)包含多條指令數(shù)據(jù)，指令數(shù)據(jù)字組成指令數(shù)據(jù)包）；數(shù)據(jù)傳輸消息（RT向BC發(fā)送數(shù)據(jù)）可包含多條，也可只設(shè)置一條（一個(gè)子地址也可包含種數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)字組成數(shù)據(jù)包）。

　　當(dāng)RT 接收到來(lái)自BC 的已定義、合法的消息時(shí)，BU65170 會(huì)向SMJ320VC33 產(chǎn)生中斷，通知SMJ320VC33 已接收到消息，請(qǐng)求處理?？刂破鱏MJ320VC33首先對(duì)消息接收堆棧進(jìn)行讀操作，讀取消息命令字，同時(shí)對(duì)消息命令字進(jìn)行解析，以獲取消息子地址及數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度信息，對(duì)消息類(lèi)型進(jìn)行判斷，根據(jù)消息類(lèi)型執(zhí)行相應(yīng)的響應(yīng)。指令消息、校時(shí)消息需要讀取數(shù)據(jù)字信息，數(shù)據(jù)發(fā)送消息需要將待發(fā)送的數(shù)據(jù)（有效載荷的科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）寫(xiě)入至相應(yīng)的存儲(chǔ)地址（BU65170內(nèi)部）。主循環(huán)模塊流程如圖4所示。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文基于DSP 系統(tǒng)的1553B 總線RT 設(shè)計(jì)，選用的DSP為T(mén)i公司的高速信號(hào)處理器SMJ320VC33.該設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了SMJ320VC33內(nèi)部資源豐富、接口簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，SMJ320VC33 具有計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，滿足了有效載荷的高速數(shù)據(jù)采集、處理需求。該設(shè)計(jì)已在某星載有效載荷中成功應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，可應(yīng)用于各類(lèi)星載1553B總線RT的設(shè)計(jì)。（作者：崔陽(yáng)，李增科）