MIL-STD-1553

MIL-STD-1553是美國國防部發布的一個軍用標準，定義了機械、電氣和序列資料匯流排的功能特徵。它最初是設計來作為軍用航空電子的航空資料匯流排，但現在已普遍用於軍用和民用航天器的。使用光纜代替電纜的MIL-STD-1553版本稱為MIL-STD-1773。MIL-STD-1553最早在1973年作為一項美國空軍標準釋出，並首次用於F-16戰隼戰鬥機戰鬥機。其他飛機的設計也迅速跟進，包括F/A-18黃蜂式戰鬥攻擊機、AH-64阿帕契直升機、P-3獵戶座海上巡邏機、F-15鷹式戰鬥機以及F-20虎鯊戰鬥機。它現在在美軍所有軍種廣泛使用，北大西洋公約組織，以及廣泛配合 -“EFABus”，用於颱風戰鬥機。JAS 39獅鷲戰鬥機使用MIL-STD-1553B。俄羅斯製造的米格-35戰鬥機也使用MIL-STD-1553。印度的烈火系列飛彈據稱也使用了該匯流排系統，並還有不少軍事裝備應用該匯流排作為電子通訊介面。MIL-STD-1553正在由一些更新的美國技術取代，如IEEE 1394。修訂.MIL-STD-1553B釋出於1978年，取代了早先1975年釋出的MIL-STD-1553A規範。1553A與1553B修訂版本的基本區別在於，後者定義選項，而不是讓使用者自行按需定義。標準制定者發現，當標準沒有定義某一規範時，它的使用就沒有協調，硬體和軟體必須為每個新的應用程式重新設計。1553B的主要目標是提供靈活性，而無需為每個新使用者建立新的設計。這透過明確指定電氣介面來實現，從而確保不同製造商的設計之間的電氣相容性。自1978年以來，已經對該標準釋出了六項變更通知。例如，1986年的第二號變更通知將文件標題“飛機內部時分命令/響應多路複用資料匯流排”改為“數字時分命令/響應多路複用資料匯流排”。MIL-STD-1553標準目前由美國國防部和航天部門維護。物理層.單個匯流排由在1MHz時具有70-85Ω阻抗的線對組成。在使用圓形聯結器的情況下，其中心引腳用於高。位元率的準確度和長期穩定性綜合在一起，僅規定在±0.1％之內；短期時鐘穩定度必須在±0.01％以內。發射器的峰值輸出電壓為18-27V。透過使用幾個獨立的線對，匯流排可以成為，然後所有裝置連線到所有匯流排。在當前主控制器發生故障的情況下，指定新的匯流排控制計算機。通常，輔助飛行控制計算機透過主資料匯流排監視主計算機和飛行器感測器。使用光纖的不同版本匯流排重量較輕，並具有更好的電磁干擾抗性，包括電磁脈衝。這也稱為MIL-STD-1773。“AS 1773”實現具有1Mbit/s與20Mbit/s的雙速率。匯流排協議.一個MIL-STD-1553多路資料匯流排系統由控制多個遠端終端及尾隨的奇偶校驗位。實際上每個字可以視同一個20位元字：3位元用於同步，16位元用於有效負載，1位元用於奇偶校驗控制。訊息內的字連續傳輸，並且訊息之間必須至少有4微秒的間隙。不過，這種訊息間間隙可以並且通常遠大於4微秒，甚至一些舊的匯流排控制器將達到1毫秒。裝置必須在4-12微秒內開始將其響應傳送到一個有效命令，並且如果在14微秒內沒有開始響應，則認為沒有接收到命令或訊息。總線上的所有通訊都在匯流排控制器的控制下，包括從匯流排控制器到遠端終端的接收與傳送命令。用於將資料從匯流排控制器傳輸到終端的字序列為：主動方.命令(終端) → 終端.狀態(主動方) → 主動方.資料(終端) → 主動方.命令(終端) → 終端.狀態(主動方)而終端到終端的通訊為：主動方.命令(終端_1) → 終端_1.狀態(主動方) → 主動方.命令(終端_2) → 終端_2.狀態(主動方) → 主動方.命令(終端_1) → 終端_1.資料(終端_2) → 主動方.命令(終端_2) → 終端_2.狀態(主動方)這意味著在傳輸期間，所有通訊由匯流排控制器啟動，並且終端裝置不能自己開始資料傳輸。在遠端終端到遠端終端傳輸的情況下，序列如下：在遠端終端介面資料子地址接收資料，然後命令RT1從命令中指定的傳送子地址傳送。RT1傳送狀態字，指示其當前狀態和資料。匯流排控制器接收RT1的狀態字，並且看到傳送命令已經接收，並且操作無誤。RT2接收共享資料匯流排上的資料，並將其寫入指定的接收子地址，併發送其狀態字。接收RT介面後面的子系統上的應用或功能然後可以訪問資料。同樣，該讀取的時間不一定與傳送的時間相關。匯流排控制器接收RT2的狀態字，並且看到接收命令和資料已經無誤接收和操作。然而，如果遠端終端無法透過設定狀態字中的錯誤位來發送其狀態或期望的資料或指示問題，則匯流排控制器可以重試該傳輸。這樣的重試有幾種選擇，包括立即重試。序列確保終端正在工作並且能夠接收資料。在序列的資料傳輸結束時的狀態字確保資料已接收、且可接受資料傳輸的結果。正是這個序列使MIL-STD-1553具有高的完整性。然而，該標準沒有規定任何特定傳輸的特定時間——這取決於系統設計師。通常輪詢地更為頻繁。低優先順序功能的輪詢頻率較低。在匯流排控制器與特定遠端終端之間，或者在匯流排控制器與一對遠端終端之間，允許六種型別的事務：MIL-STD-1553B還引入了可選的廣播傳輸的概念，其中資料會傳送到實現該選項的所有遠端終端，但是沒有遠端終端響應，因為這將導致總線上的衝突。這可以用在將相同的資料傳送到多個遠端終端的地方，以減少事務的數量，從而減少資料匯流排上的負載。然而，接收這些廣播的遠端終端缺乏顯式響應意味著，在事務有錯誤的情況下不能自動地重新嘗試這些傳輸。在匯流排控制器和所有有能力的遠端終端之間允許四種類型的廣播事務：命令字的構造如下。前5位是遠端終端地址。狀態字解碼如下。前5位元是正在響應的遠端終端的地址。該字的其餘部分是單位元條件碼。保留一些位元。狀態“1”表示條件為真；“訊息錯誤”和“服務請求”為示例。多個條件可能同時為真。下面的影象例示了上面解釋的許多協議和物理層概念。例如，命令字中包含的遠端終端地址值0x3相匹配。同樣如上所述，裝置必須在4-12微秒內開始將其響應傳送到有效命令。在如下示例中，響應時間為8.97微秒，因此在規格範圍內。這意味著遠端終端3在匯流排控制器查詢的8.97微秒後響應。查詢的振幅比響應的振幅低，是因為訊號探測位置更靠近遠端終端。在狀態字中，前5位元是正在響應的遠端終端的地址，在這種情況下為0x3。正確的傳輸在命令字中顯示與狀態字中相同的遠端終端地址。概念描述.圖1顯示了一個樣例MIL-STD-1553B系統，包括：匯流排控制器.在任何MIL-STD-1553總線上同時只能有一個匯流排控制器。它透過匯流排發起所有訊息通訊。圖1顯示了1553資料匯流排的細節：1553B規範規定系統中的所有器件都連線到冗餘匯流排對，以在主匯流排損壞或故障的情況下提供備用資料路徑。匯流排訊息一次只在一條總線上傳輸，由匯流排控制器決定。備用匯流排控制器.儘管在任何時間，總線上只有一個匯流排控制器的機制。這也可以在正常操作中由於特定功能切換而使用，例如切換到切換或自在飛機外部但連線到匯流排的匯流排控制器。在故障和故障條件下切換的過程通常涉及主用和備用匯流排控制器之間的離散連線，並且該備用監視在操作期間主匯流排控制器的動作。例如，如果總線上存在過長的靜止，則指示活動的匯流排控制器已失效，則由離散連線指示下一個最高優先順序的備用匯流排控制器接管並開始作為活動的匯流排控制器操作。匯流排監控器.匯流排監控器不能透過資料匯流排傳遞資訊。它的主要作用是監視和記錄匯流排事務，而不會干擾匯流排控制器或RT的操作。然後可以儲存這些記錄下來的匯流排事務，用於以後的離線分析。理想情況下，匯流排監控器捕獲並記錄透過1553資料匯流排傳送的所有訊息。然而，記錄繁忙資料匯流排上的所有事務可能是不切實際的，因此匯流排監控器經常會配置為事務紀錄子集，根基於應用程式提供的一些標準。或者，匯流排監控器可以與備用匯流排控制器結合使用。這使得備用匯流排控制器呼叫成為活動匯流排控制時，能夠“調到正常執行”。遠端終端.一個遠端終端可用於提供：例如，在履帶式車輛中，一個遠端終端可以從慣性導航子系統獲取資料，並透過1553資料匯流排將該資料傳送到另一個遠端終端，以顯示在機組儀表上。遠端終端的更簡單的示例可以是接通飛行器的前燈、著陸燈或訊號器的介面。遠端終端測試計劃：遠端終端驗證測試計劃的要求。這個測試計劃最初定義在MIL-HDBK-1553附錄A。它在MIL-HDBK-1553A第100章中更新。該測試計劃現在由SAE AS-1A航空電子網路小組委員會維護為AS4111。遠端終端生產測試計劃是驗證測試計劃的簡化子集，用於遠端終端的生產測試。該測試計劃由SAE AS-1A航空網路小組委員會維護為AS4112。匯流排硬體特徵.匯流排硬體包括：聯結器。線纜.儘管MIL-STD-1553B規定資料匯流排應具有70至85歐姆之間的特性阻抗，但業界標準化為78歐姆。同樣，業界已普遍標準化的特性阻抗為78歐姆。MIL-STD-1553B沒有指定匯流排的長度。但是，匯流排的最大長度直接與電纜導體的規格和傳送訊號的時間延遲有關。較小的導體比較大的導體更易衰減訊號。1553B電纜的典型傳播延遲為每英尺1.6納秒。因而，匯流排的兩端之間存在160納秒的傳播延遲，其等於1553B訊號的平均上升時間。根據MIL-HDBK-1553A，當訊號的傳播延遲時間大於上升或下降時間的50%時，需要考慮傳輸線效應。該延遲時間與傳播的距離成比例。此外，必須考慮發射機和接收機之間的實際距離以及發射機和接收機的各個波形特性。MIL-STD-1553B指定對於變壓器耦合的短截線。短截線.每個終端、遠端終端、匯流排控制器、匯流排監控器都是透過短截線連線到匯流排，短截線由與該匯流排本身相同型別的一段電纜形成。MIL-STD-1553B定義了將這些短截線耦合到匯流排的兩種方式：變壓器耦合的短截線和直接耦合的短截線。變壓器耦合的短截線對於它們的容錯和更好地匹配匯流排阻抗以及隨之而來的減少反射等是優選的。MIL-STD-1553B的附錄和主匯流排結之間的任何短路故障將導致整個匯流排的故障。可以預期，當直接耦合短截線長度超過1.6英尺[0.5米]時，它將開始使主匯流排波形失真。”使用變壓器耦合的短截線還可以為1553終端提供更好的防雷擊保護。在新的複合材料飛機中，隔離是更加關鍵的，其飛機外皮不再提供鋁蒙皮飛機那樣固有的法拉第遮蔽。在變壓器耦合的短截線中，短截線電纜的長度不應超過 ，但如果安裝要求決定，這可能會超過。耦合變壓器的匝數比必須為1：1.41±3.0%。電阻R都必須具有0.75Zo±2.0%的值，其中Zo是1MHz處匯流排的特性阻抗。在直接耦合短截線中，短截線電纜的長度不應超過1英尺，但如果安裝要求，也可能超過這個長度。隔離電阻R必須具有55歐姆±2.0%的固定值。匯流排耦合器.遠端終端、匯流排控制器、匯流排監控器的短截線通常透過耦合盒連線到匯流排，其可以提供單個或多個短截線連線。它們提供所需的遮蔽，對於變壓器耦合的短截線，包含耦合變壓器和隔離電阻。它們具有兩個透過匯流排饋電的外部聯結器，以及一個或多個短截線連線的外部聯結器。這些短截線聯結器不應使用匹配的電阻端接，但在不使用時保留開路，必要時帶有遮蓋帽。匯流排聯結器中的一個可以端接在匯流排耦合器物理地位於匯流排電纜的端部處，即通常認為在最後的匯流排耦合器和終端電阻器之間具有一定長度的匯流排電纜通常不是必須的。電纜端接.匯流排的兩端，無論是包括一個耦合器還是一系列連線在一起的耦合器，都必須端接±2.0％”。這通常為78歐姆。電氣端接的目的是最小化可能導致波形失真的訊號反射的影響。如果沒有端接，則可能損害通訊訊號，導致通訊中斷或間歇性故障。聯結器.該標準未指定聯結器型別及它們應如何連線，除了遮蔽要求等。在實驗室環境中通常使用。這些聯結器有標準、微型和亞微型尺寸。在軍用飛機實現中，和MIL-DTL-38999通常使用。類似系統.DIGIBUS是法國與MIL-STD-1553類似的標準，它在匯流排控制器、遠端終端、監控器、相同傳輸速度的概念上類似MIL-STD-1553，不同之處是DIGIBUS對資料與命令使用獨立的連結。GOST R 52070-2003是俄羅斯與MIL-STD-1553等效的標準，其蘇聯時期的版本稱GOST 26765.52-87。這兩套GOST標準的編碼結構、資料率、控制指令都與1553B標準一致。GJB289A是中國與MIL-STD-1553等效的標準。這一標準的文字無法找到，但已知直-10可藉助此匯流排可以使用蘇聯和西方的武器。開發工具.在開發和故障排除MIL-STD-1553時，檢查硬體訊號對找到問題可能非常重要。具有解碼能力的邏輯分析儀、或協議分析器對收集、分析、解碼和儲存訊號是很有用的工具，可以使工程師在之後檢視高速波形。