基于FPGA實現(xiàn)MIL-STD－1553B協(xié)議是可行的
一、1553B技術(shù)背景
MIL-STD-1553是“飛機內(nèi)部時分制指令/響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”的代稱，為美國軍用標準。上世紀 60 年代時，由導航/平顯/武器瞄準系統(tǒng)（INS/HUD/WACS）組成的綜合火控系統(tǒng)，配上遠距空射武器，使戰(zhàn)斗機如虎添翼。但作戰(zhàn)信息數(shù)據(jù)總量暴漲，而設備間接口各異，互聯(lián)協(xié)同難度大，成為作戰(zhàn)效能的瓶頸。同時，由于缺乏統(tǒng)一標準，開發(fā)、維護和改進的成本不斷上升。于是 1973 年后，美軍方先后公布 MIL-STD-1553A（USAF）標準和 1553B 改進標準。粗略的說，單個機載電子設備就類似于計算機局域網(wǎng) LAN 中的單個計算機，1553 標準類似于通信協(xié)議，堪稱現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機電子系統(tǒng)的“脊梁骨”。其核心就在于“標準”二字。有了1553B，雷達光電探測、導航、本機傳感、座艙顯示、外掛管理和火控計算機等得以完美的聯(lián)結(jié)綜合，構(gòu)成了第三代戰(zhàn)斗機標志性的分布式集中控制系統(tǒng)。F-16A 是采用 1553A 標準的第一種作戰(zhàn)飛機。
以雷達為例，之前提到的先進的人機界面，需要火控雷達具有復雜的對外接口，同時脈沖多普勒雷達又需要強大的內(nèi)部接口進行處理運算。如果沒有1553B這樣先進的總線，這兩個接口的性能都要大打折扣。
二、1553B總線的優(yōu)點
1、線性局域網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
合理的拓撲結(jié)構(gòu)使得1553B總線成為航空系統(tǒng)或地面車輛系統(tǒng)中分布式設備的理想連接方式。與點對點連接 相比，它減少了所需電纜、所需空間和系統(tǒng)的重量。便于維護，易于增加或刪除節(jié)點，提高設計靈活性。
2、冗余容錯能力
由于其固有的雙通道設計，1553B總線通過在兩個通道間自動切換來獲得冗余容錯能力，提高可靠性。通道的自動切換對軟件透明。
3、支持“啞”節(jié)點和“智能”節(jié)點
1553B總線支持非智能的遠程終端。這種遠程終端提供與傳感器和激勵器的連接接口。十分適合智能中央處理模塊和分布式從屬設備的連接。
4、高水平的電器保障性能
由于采用了電氣屏蔽和總線耦合方式，每個節(jié)點都能夠安全地與網(wǎng)絡隔離；減少了潛在的損壞計算機等設備的可能性。
5、良好的器件可用性
1553B總線器件的制造工藝滿足了大范圍溫度變化以及軍標的要求。器件的商品化使得1553B總線得以廣泛地應用在苛刻環(huán)境的項目當中。
6、保證了的實時可確定性
1553B總線的命令/響應的協(xié)議方式保證了實時的可確定性。這可能是大多數(shù)系統(tǒng)設計者在設計使命關(guān)鍵系統(tǒng)中選擇1553B總線的最主要的原因。
三、1553B技術(shù)發(fā)展情況
1553B總線具有高速、靈活的特點，通信效率高，修改、擴充和維護簡便。下面列舉一些數(shù)據(jù)：MIL-STD-1553B 是數(shù)字命令/響應式時分制多路傳輸數(shù)據(jù)總線，傳輸速率 1M 比特/秒，足以滿足第三代作戰(zhàn)飛機的要求；字長度 20 比特，數(shù)據(jù)有效長度 16 比特；半雙工傳輸方式，雙冗余故障容錯方式，傳輸媒介為屏蔽雙絞線。
1553B總線的冗余度設計，提高了子系統(tǒng)和全系統(tǒng)的可靠性。總線本身（包括總線控制器、雙絞線、偶合器等）平均無故障工作時間超過 10,000 小時，在全系統(tǒng)中基本可忽略其故障率，比殲-8Ⅱ原有聯(lián)結(jié)方式好得多。同時可以省去殲-8Ⅱ設備間復雜繁瑣的點對點聯(lián)結(jié)，僅此一項可令全電子系統(tǒng)的重量減輕約 5％，并節(jié)省空間、功耗。數(shù)字傳輸方式與傳統(tǒng)的模電方式相比，速度更快、反應時間更短、保密性更好、抗干擾能力更強，能充分發(fā)揮火控設備性能。字差錯率小于千萬分之一。在后勤維護方面，標準的接口、插卡非常容易拆卸，可以方便的通過數(shù)字式工具進行測試/虛擬。經(jīng)測試僅地面測試一項，就可比以往減少 30% 的維護工時。
1553B協(xié)議最初是為空軍設計的，隨著1553B總線的優(yōu)越性的不斷體現(xiàn)和武器裝備的升級換代，1553B協(xié)議已應用到各個兵種，在陸軍和海軍的武器和維護系統(tǒng)中已開始采用1553B總線。
隨著國防現(xiàn)代化的建設和武器系統(tǒng)的升級換代，我軍也開始將1553B協(xié)議大量的應用到武器系統(tǒng)的設計中。但由于1553B協(xié)議的復雜性和國內(nèi)整體技術(shù)水平的相對落后，在1553B協(xié)議的使用中幾乎都是采用國外的協(xié)議芯片，最常用的為美國ＤＤＣ公司的協(xié)議芯片。
四、1553B協(xié)議芯片國產(chǎn)化
基于對1553B規(guī)范和gjb289a-97的消化理解，通過FPGA來實現(xiàn)MIL-STD－1553B協(xié)議是可行的，目前的科研院所和相關(guān)的單位在這方面作了大量的工作，設計出的協(xié)議芯片已經(jīng)能夠完全1553B規(guī)范。恩菲特科技于2005年推出的EP-H31580就是典型的代表。基于EP-H31580開發(fā)的1553B板卡的總線已經(jīng)包括了PCI、PXI/CPCI、VXI、PC/104、PC/104+、PCMCIA等；在多家航空航天和兵器領域的科研院所和生產(chǎn)單位得到了廣泛的應用！
MIL-STD-1553是“飛機內(nèi)部時分制指令/響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線”的代稱，為美國軍用標準。上世紀 60 年代時，由導航/平顯/武器瞄準系統(tǒng)（INS/HUD/WACS）組成的綜合火控系統(tǒng)，配上遠距空射武器，使戰(zhàn)斗機如虎添翼。但作戰(zhàn)信息數(shù)據(jù)總量暴漲，而設備間接口各異，互聯(lián)協(xié)同難度大，成為作戰(zhàn)效能的瓶頸。同時，由于缺乏統(tǒng)一標準，開發(fā)、維護和改進的成本不斷上升。于是 1973 年后，美軍方先后公布 MIL-STD-1553A（USAF）標準和 1553B 改進標準。粗略的說，單個機載電子設備就類似于計算機局域網(wǎng) LAN 中的單個計算機，1553 標準類似于通信協(xié)議，堪稱現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機電子系統(tǒng)的“脊梁骨”。其核心就在于“標準”二字。有了1553B，雷達光電探測、導航、本機傳感、座艙顯示、外掛管理和火控計算機等得以完美的聯(lián)結(jié)綜合，構(gòu)成了第三代戰(zhàn)斗機標志性的分布式集中控制系統(tǒng)。F-16A 是采用 1553A 標準的第一種作戰(zhàn)飛機。
以雷達為例，之前提到的先進的人機界面，需要火控雷達具有復雜的對外接口，同時脈沖多普勒雷達又需要強大的內(nèi)部接口進行處理運算。如果沒有1553B這樣先進的總線，這兩個接口的性能都要大打折扣。
二、1553B總線的優(yōu)點
1、線性局域網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)
合理的拓撲結(jié)構(gòu)使得1553B總線成為航空系統(tǒng)或地面車輛系統(tǒng)中分布式設備的理想連接方式。與點對點連接 相比，它減少了所需電纜、所需空間和系統(tǒng)的重量。便于維護，易于增加或刪除節(jié)點，提高設計靈活性。
2、冗余容錯能力
由于其固有的雙通道設計，1553B總線通過在兩個通道間自動切換來獲得冗余容錯能力，提高可靠性。通道的自動切換對軟件透明。
3、支持“啞”節(jié)點和“智能”節(jié)點
1553B總線支持非智能的遠程終端。這種遠程終端提供與傳感器和激勵器的連接接口。十分適合智能中央處理模塊和分布式從屬設備的連接。
4、高水平的電器保障性能
由于采用了電氣屏蔽和總線耦合方式，每個節(jié)點都能夠安全地與網(wǎng)絡隔離；減少了潛在的損壞計算機等設備的可能性。
5、良好的器件可用性
1553B總線器件的制造工藝滿足了大范圍溫度變化以及軍標的要求。器件的商品化使得1553B總線得以廣泛地應用在苛刻環(huán)境的項目當中。
6、保證了的實時可確定性
1553B總線的命令/響應的協(xié)議方式保證了實時的可確定性。這可能是大多數(shù)系統(tǒng)設計者在設計使命關(guān)鍵系統(tǒng)中選擇1553B總線的最主要的原因。
三、1553B技術(shù)發(fā)展情況
1553B總線具有高速、靈活的特點，通信效率高，修改、擴充和維護簡便。下面列舉一些數(shù)據(jù)：MIL-STD-1553B 是數(shù)字命令/響應式時分制多路傳輸數(shù)據(jù)總線，傳輸速率 1M 比特/秒，足以滿足第三代作戰(zhàn)飛機的要求；字長度 20 比特，數(shù)據(jù)有效長度 16 比特；半雙工傳輸方式，雙冗余故障容錯方式，傳輸媒介為屏蔽雙絞線。
1553B總線的冗余度設計，提高了子系統(tǒng)和全系統(tǒng)的可靠性。總線本身（包括總線控制器、雙絞線、偶合器等）平均無故障工作時間超過 10,000 小時，在全系統(tǒng)中基本可忽略其故障率，比殲-8Ⅱ原有聯(lián)結(jié)方式好得多。同時可以省去殲-8Ⅱ設備間復雜繁瑣的點對點聯(lián)結(jié)，僅此一項可令全電子系統(tǒng)的重量減輕約 5％，并節(jié)省空間、功耗。數(shù)字傳輸方式與傳統(tǒng)的模電方式相比，速度更快、反應時間更短、保密性更好、抗干擾能力更強，能充分發(fā)揮火控設備性能。字差錯率小于千萬分之一。在后勤維護方面，標準的接口、插卡非常容易拆卸，可以方便的通過數(shù)字式工具進行測試/虛擬。經(jīng)測試僅地面測試一項，就可比以往減少 30% 的維護工時。
1553B協(xié)議最初是為空軍設計的，隨著1553B總線的優(yōu)越性的不斷體現(xiàn)和武器裝備的升級換代，1553B協(xié)議已應用到各個兵種，在陸軍和海軍的武器和維護系統(tǒng)中已開始采用1553B總線。
隨著國防現(xiàn)代化的建設和武器系統(tǒng)的升級換代，我軍也開始將1553B協(xié)議大量的應用到武器系統(tǒng)的設計中。但由于1553B協(xié)議的復雜性和國內(nèi)整體技術(shù)水平的相對落后，在1553B協(xié)議的使用中幾乎都是采用國外的協(xié)議芯片，最常用的為美國ＤＤＣ公司的協(xié)議芯片。
四、1553B協(xié)議芯片國產(chǎn)化
基于對1553B規(guī)范和gjb289a-97的消化理解，通過FPGA來實現(xiàn)MIL-STD－1553B協(xié)議是可行的，目前的科研院所和相關(guān)的單位在這方面作了大量的工作，設計出的協(xié)議芯片已經(jīng)能夠完全1553B規(guī)范。恩菲特科技于2005年推出的EP-H31580就是典型的代表。基于EP-H31580開發(fā)的1553B板卡的總線已經(jīng)包括了PCI、PXI/CPCI、VXI、PC/104、PC/104+、PCMCIA等；在多家航空航天和兵器領域的科研院所和生產(chǎn)單位得到了廣泛的應用！
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