航天器总线管理系统的SOC设计与研究

高速、高可靠、低功耗的智能型串行系统总线是航天器进一步发展必须解决的一个关键问题。以1553B总线控制器为例,采用SOC设计方法,研究了航天器系统总线的设计和实现。首先按照1553B总线标准设计了总线管理SOC的系统结构,然后重点解决了SOC设计中的IP开发应用、可靠性设计、容错机制及低功耗实现等关键技术。采用这些SOC设计方法的1553B总线协议处理器取得了一次流片成功,为今后更高速率的航天器总线管理系统的SOC研究提供了一种思路和方法上的借鉴。     

空间站系统航天器间1553B总线网络的路由机制研究

针对空间站系统多个航天器上多条1553B总线组成的总线网络上的复杂数据交互需求,提出了一种面对用户数据包的集中式高效静态路由机制,可实现航天器内和航天器间各类平台数据的稳定可靠传输。该机制简化了传输层和网络层的协议,通过对应用层数据包进行总线采集和查表寻址实现了一对一路由和组播路由,显著提高了系统资源的使用效率。文章给出数据包应用层协议、路由表配置和路由过程控制方法,并描述该机制在空间站系统的应用验证情况。实测数据表明:与广泛应用的UDP/IP协议相比,采用该路由机制能够明显降低协议开销,提高有效数据传输效率,更适用于多航天器设备间的数据交互。最后,探讨了各类飞船和来访航天器应用该机制实现与空间站数据交互的方法。     

一种基于星内路由的航天器数管软件框架设计

传统航天器数管分系统开发时,往往需要深入分析各类传输协议细节,对协议数据的格式处理、数据转换等功能需要占用大量的开发时间。文章提出了一种基于星内路由的数管软件框架,其遥测链路协议(AOS Link)、遥控链路协议(TC Link)和星内总线链路协议(1553BLink)等链路层协议都由网络层路由接管,并以软件构件的形式存在。星载数管应用层程序在对数据进行收发时,仅仅调用网络层"发送"和"接收"接口即可,而后台路由程序将根据路由表选择链路层协议下一跳地址和对应的传输服务,实现地面、数管系统和其他分系统之间的数据流转。该框架将底层通信和应用层功能严格分离,大幅度简化了应用层软件设计。     

1553B总线控制系统时间同步设计

高准确度的时间同步是实时性现场总线控制系统正确运行的基础.本文介绍了几种现场总线系统软硬件时间同步机制,针对1553B总线控制系统,通过深入分析总线协议芯片的工作时序,利用芯片内部的时标寄存器,采用软件补偿的方法,设计了一种准确度与软件和网络延迟无关的高准确度、低通讯开销的软件时间同步机制.试验表明,这种同步机制准确度可达到μs数量级.     

航天器1553B总线控制器RAM故障自主诊断与处理方法

在航天器中,1553B总线控制器(BC)作为总线信息交互的管理中枢,其可靠性直接关系航天器的系统安全。近年来,受单粒子事件的影响,多个航天器在轨发生总线芯片RAM损坏的故障。文章针对此问题,结合总线芯片BC模式的典型应用场景进行分析,提出RAM故障诊断的策略和自主分区故障处理的方法。该方法能够使BC端软件通过诊断自主发现故障,定位故障区域,并通过替换、隔离等手段排除故障,消除故障对航天器的影响。通过软件仿真,对故障诊断和处理的性能进行了试验验证,结果表明:采用该方法的软件能够自主发现故障区域并完成隔离和替换,且其处理的准确性和时效性都明显优于传统依赖地面遥控的方法。     

1553B与CAN总线的互连

介绍了 1553 B与 CAN总线的互连方法 ,并分析了互连的实时性与可靠性 ,指出 CAN总线相对于 1553 B的优缺点。     

FC-AE-1553总线在箭载测量系统中应用研究

现代航天飞行器电子系统的设计已经向着高度综合化和以信息交换为中心的方向发展,同时随着我国航天数据通信系统对光纤总线技术越来越重视,以FC-AE为代表的光纤总线技术已经渗透应用到航天运载火箭、卫星、空间站和导弹武器系统等许多方面。数据通信总线已向着具有更高的信息传输速率、传输容量及适应性以及定向数据分配协议的新型高速数据总线发展,介绍了FC-AE-1553总线的基本特性,并以航天器测量系统为背景,构建总线简单环形拓扑结构,为系统典型设备设计FC-AE-1553总线接口模块,设计航天器系统工作模式和FC-AE-1553总线通信协议,并通过联试模拟航天器系统工作,仿真FC-AE-1553总线主要性能,验证FC-AE-1553总线作为航天器系统骨干总线的适用性。     

自适应1553B总线通信功能系统级测试方法设计

一些通信卫星通过自适应1553B总线通讯，因此总线控制端在上电前对终端设备的内部遥测参数容量、存储位置是未知的，而是在系统上电后及运行期间动态地维护当前所有终端设备的状态信息，并由总线控制端通过对终端设备的轮询确定终端设备的总线接入状态，并动态获取终端设备的自描述信息，从而解决综合电子总线自适应性能单一、普适性差、数据动态交互机制弱的缺陷。针对某通信卫星自适应1553B总线通信功能，提出一种精准快捷的通信卫星1553B总线测试系统，通过1553B总线终端监视与处理设备，分别对1553B总线的自描述信息动态轮询获取功能和A/B总线自适应轮询功能进行测试，实现对自适应1553B总线实时监视与分析功能。实验表明，该测试系统有效验证了卫星1553B总线自适应通信功能，为总线通信的有效性和实时性提供保障。     

一种航天器上多子网数据网络设计

基于1553B总线归纳了对等子网和上下级子网2种子网间的连接方式,并结合网络连接关系、数据传输机制,提出多子网的数据网络设计思想。该设计既能保证子网的独立性,又能将子网连接为一体,既可解决突发数据的传输问题,又能适用于复杂多子网网络的航天器。以某具体航天器为例,完成包含对等子网和上下级子网的多子网网络数据系统设计,并验证了其可行性。文章提出的设计已应用到航天器工程中,降低了多子网航天器协议设计的难度。     

大型航天器设备之间指令管理优化方法

为提高大型航天器组合体设备之间指令传输实时性,对设备之间指令的协议和转发流程进行了研究,分析了转发流程每个环节相关的时间延迟,并针对不同环节提出了数据链路层和物理层优化方法:在数据链路层采用解析流程和总线消息反馈过程优化;在物理层采用总线消息发送序列优化。该方法已应用于某大型航天器组合体,通过某舱段真实指令管理设备的时延测试,验证了对于提升指令转发实时性的实际效果。经过优化,指令一次转发的最大时延缩短了65%。文章的研究成果对于大型航天器指令管理设备软件设计具有一定的参考意义。     

基于PXI的1553B总线通讯模块设计

作为一种新型的高性能、热插拔和模块化测量仪器标准总线,PX I总线已经日益广泛应用于信息产业、工业实时控制以及国防工业中。本文介绍了一种采用PLX Technology公司的PCI总线协议接口芯片PCI9030和DDC公司的1553B协议芯片BU-61580实现基于PX I的1553B总线通讯模块的硬件设计方案,并对关键电路的设计要点、PCB板设计和软件编程进行了较详细的叙述。通过该模块设计为航天领域测控系统开发其他PX I模块和搭建PX I测控平台提供技术借鉴。     

星载1553B总线通信接口研究

为保证星载1553B总线通信的可靠性,在忽略容性、感性阻抗的情况下,基于叠加定理对变压器耦合方式下总线接口电路建立了等效模型,计算出接口变压器的等效输入阻抗,得出总线终端输入电压信号U。在假定双绞传输线理想状态下,利用软件分别对U与隔离电阻Rs、终端匹配电阻R,和传输线阻抗Rw之间的关系曲线进行了仿真,确定了相关电阻的选取范围。该模型的建立与仿真,为1553B总线接口设计提供了一种新的模型和验证方法,具有一定的工程应用价值。     

基于时间同步的1553B总线通信协议设计

MIL-STD-1553B总线控制器(BC)端应用程序操作总线控制芯片,在传统卫星中,每次通信发起后处理器都需等待,直到本次通信结束,以解决通信冲突问题,严重制约了对1553B总线的带宽利用。文章在对传统星载数据总线系统分析基础上,开发了一种基于时间同步的1553B总线通信协议,后台进程根据时间同步信号,统一对总线应用进行规划和操作,在此基础上,进一步设计了BC到RT端和RT到BC端两个通信握手协议。最后,通过试验进行了验证,经过数据分析表明:这种协议设计解决了通信冲突,大幅度提高总线带宽利用率;同时由于通信握手协议与具体的通信数据内容无关,便于构件化实现,从而提升了卫星数管软件的通用化和可靠性。     

1553B总线终端消息覆盖的原因及解决方案

1553B总线是一种串行数据总线,在航天器上得到了广泛应用,它的可靠性直接关系到整星（船）的可靠性和功能实现。同一终端相邻总线消息覆盖问题是影响星载1553B总线可靠性的典型问题。文章对该问题进行了分析,并通过80C31/80C32单片机作为宿主机的远程终端（RT）开展试验,解决了获得同一终端消息覆盖时间间隔临界值定量...     

应用扩展帧的航天器CAN总线应用层协议设计

为了适应航天器信息流多样性需求,提升信息交互的灵活性,提出一种应用扩展帧的CAN总线应用层协议设计.对CAN总线扩展帧29 bit标志符进行合理划分,将其分为数据优先级、源节点地址、组播标志、目的节点地址、帧序号标志、帧序号、帧数据类型7个部分,使得该协议可以支持多优先级、主从、多主、组播、广播等多种灵活通信方式,支持CAN帧起始帧、结束帧、帧连续性判断,以及应用层数据包检验,提高数据传输的可靠性.另外,给出了组播、广播地址分配及屏蔽策略,满足复杂航天器的信息流需求,简化信息流设计过程.最后,通过构建组播、多主及多优先级场景进行应用实例验证,证明了文章提出的协议设计具有适用范围广、灵活性高等优点.     

基于CAN总线技术的通讯类软件设计方法

在CAN2.0B总线通讯协议基础上,为提高通讯类系统的软件可靠性、安全性,提出了双CAN冗余设计、基本帧传输计数机制和超时判别等设计方案。软件设计过程中,实现了基于观察者模式设计,完善地面软件在运行过程中的CAN总线源码日志分析技术。由于软件的模块化架构先进,各个模块的实现尽量保持高内聚低耦合设计理念,具备可扩展性,可以方便地扩展至其它通讯类软件的应用,对于开发基于CAN总线通讯的系统软件具有较强的借鉴意义。     

星载FC-SE光总线体系结构及吞吐量研究

介绍了航空光纤总线FC-AE总线等总线特点及应用现状,分析了星载CAN总线、MIL-STD-1553B总线等数据总线特点及发展需求。基于FC-AE总线,研究了一种兼容MIL-STD-1553B总线的星载FC-SE光总线技术方案、体系结构、协议特点及服务类别,分析了星载FC-SE光总线方案的吞吐量性能。星载FC-SE光总线既可以充分发挥光总线的宽带宽优势,又可以充分兼容现有MIL-STD-1553B低速总线,有效满足卫星载荷多业务、多速率总线技术发展需求。     

1553B总线故障注入测试方法研究

随着1553B总线在航空航天领域的广泛应用,对其可靠性、测试性的要求日益迫切。而一般的1553B总线测试均是在传统方法上的正向测试,即针对输入的激励测试输出的响应,因此无法覆盖到更多在异常状态下的测试环境。为了增大测试覆盖性,本文将故障注入思想引入到1553B总线测试中,分别对总线物理层、电气层和协议层中典型的测试用例进行故障注入的故障模式和实现方法研究,实验的结果验证了故障注入测试方法可以实现预期的故障目标。     

基于1553B总线的星载相机地面检测程序通用化设计

1553B总线是一种时分制指令/响应式多路传输数据总线,广泛应用于飞机、舰船和卫星的通信中。目前已有部分星载相机采用1553B总线进行通信,但其命令多样,数据的传输类型也不尽相同,因此,卫星在地面检测时要根据对应的协议进行测试,必要时须对程序进行重新设计、修改,工作量较大。为了解决协议频繁更改带来的测试可靠性问题,文章基于VC编程技术,借鉴程序通用化的设计思想,实现了星载相机1553B总线通信检测程序接口的通用化设计,使地面测试程序得到统一化、通用化,提高了产品的开发效率和可靠性。     

数字航空信息系统中1兆比/秒电缆传输总线的设计和实验研究

本文讨论了用于数字航空信息系统机载数据总线中,作为信息传输介质的双绞电缆传输总线的硬件设计和实验方法。着重讨论了总线收发接口,总线电缆,脉冲变压器(耦合、隔离)等硬件的设计和实验。本系统设计主要依据MIL-STD-1553B标准,对其中有变动的部分,在文中加了说明。