基于PC/104的1553B总线测控系统的设计与实现

引言

　　随着我国航空事业的迅速发展，各种新型飞机和发控设备相继研制成功，以往一些测控设备在功能和性能上已无法满足新的要求。本测控系统就是在某型飞机的研制过程中扩展出来的一个功能比较全面的1553总线测控系统，总体上采用了PC/104结构的嵌入式系统，既可以实现1553总线数据的实时接收和发送，还可以完成多路数据的采集及负载控制。

总体概述及工作原理

　　本系统的主要功能是对外部的电压电流及负载I/O信号进行采集测量，并根据由1553总线传输来的飞机控制设备发送的命令字对负载进行控制，对电压电流及负载当前状态进行监控，并将当前数据反馈给控制设备。整个系统在满足实时高速传输的同时，也必须完成对负载精确的控制，测控过程要能够实时监控和显示，方便操作人员控制及发送指令。

　　为满足以上条件，系统主构架选用了PC/104的嵌入式模块，不仅尺寸小、功耗低，而且其堆栈式结构方便了外扩设备。总体上分为采集、处理、通讯三大部分，各部分硬件上通过PC/104总线紧密连接，由上位机通过以太网总体控制，而软件上分成独立的模块，实现各自部分的功能，在实时嵌入式操作系统VxWorks下再通过主程序的调度协调起来。

硬件设计

　　系统硬件总体设计以PC/104体系结构为核心，以1553B总线卡作为与飞机（或其他发控设备）通讯的主要接口，ADT600负责电压电流模拟量和负载I/O信号的采集。PC/104可以外扩LCD显示器和键盘鼠标等外设，通过以太网与上位机相连可对测控系统进行有效的控制和过程监测，同时PC/104通过母板外接I/O扩展板对负载进行实时控制。系统框图如图1所示。

　　SCM/SuperDX是一种高度集成、自栈结构、IBM-PC/AT兼容的PC/104 CPU模块，它被设计成可以方便与其它周边设备及模块构成完整系统的核心部件，采用增强型的80486处理器作为CPU，板载有PC/AT兼容的DMA控制器、中断控制器及定时器，ROM-BIOS，4M~16M字节的DRAM及键盘，网口等。本系统中，将嵌入式操作系统VxWorks下载到Campact Flash中以启动PC/104，上位机通过以太网与PC/104相连，通过网络加载将程序加载到PC/104的RAM中执行，上位机进行实时监视和程序控制，PC/104的LCD显示屏可以实时显示测试数据及数据传输状况。

　　采集卡选用SBS公司的ADT600，它与PC/104完全兼容，最多提供十六个模拟输入通道，通过71055的可编程外围接口（PPI）提供24路数字量I/O线。模拟量输入的量程可用跳线器选为?5~+5V，?10~+10V，0~10V，并带有+/?35V的过压保护。本系统的模拟量是电压电流信号，量程选择?5~+5V。而I/O通道通过71055的PPI设置为方式0的基本输入输出，采集卡和调理板调理电路硬件连接图如图2、3所示。

　　电压、电流模拟量的采集应注意数字地和模拟地的分离，以减小干扰，最后通过磁珠单点相连，而I/O电路将电压/地的数字I/O信号通过转换电路转换为采集卡输入电压范围的地/开路信号。

　　1553B通讯卡选用SBS公司的ASF-PC104-XT-1，该卡能实现PC/104总线和1553B总线的转换，是一款智能MIL-STD-1553的板卡，支持MIL-STD-1553A和MIL-STD-1553B协议，适用于PC/104底板，可以工作在BC模式、RT模式、BM模式及并发BM模式，实现多个终端之间的快速通信。它具有以下高级结构特点：具有高速可编程逻辑装置用于以字为单位的底层1553协议的编解码；采用TI公司的DSP用于信息级和底层1553协议的处理；具有128K字节的高速静态双端口RAM用于信息缓存；配合底板接口的高速可编程逻辑电路(ASIC设计)；板上提供标准的和IRIG时间码相关的高级计时电路；配套的软件接口库为1553和429设备管理提供扩展功能。

　　由于SCM/SuperDX提供的I/O资源有限，因此，采集卡ADT600和1553B通讯卡的I/O地址的合理选择就十分重要，以避免冲突以及在调试时产生不必要的麻烦，SCM/SuperDX的I/O地址分配如表1所示。ADT600模块要占据十二个连续的I/O口的位置，基地址由DIP开关选择，而ASF-PC/104卡需要主机为其分配未经使用的8块连续的地址寄存器，考虑以上因素，选取ADT600的基地址为300h，ASF-PC/104为390h。

软件设计

　　软件设计的重点主要包括底层设备驱动的编写、系统任务的划分及优先级的设定。操作系统选用VxWorks，以充分满足1553B实时通讯的要求，系统总体软件主流程图如图4所示。系统启动之后执行主程序进行自检测和AD/1553板卡的初始化，若失败则报错，将错误信息显示在显示屏上，成功后创建主任务并执行，包括数据的采集、发送和接受及解析命令控制字并执行，主程序将循环执行，直到上位机发送停止程序的控制命令。