一種1553E數(shù)據(jù)加卸載系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

魏雪菲 史巖 薛威

摘要：在航空、航天、兵器、艦船等領(lǐng)域，1553B數(shù)據(jù)總線應(yīng)用廣泛，但沒有統(tǒng)一的設(shè)備升級(jí)維護(hù)方法。傳統(tǒng)方式使用專用設(shè)備對(duì)每個(gè)總線設(shè)備進(jìn)行升級(jí)維護(hù)，但該方式操作不方便且容易引入操作錯(cuò)誤。本文提出一種1553B總線的數(shù)據(jù)加卸載協(xié)議，規(guī)定一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)加卸載，用于完成1553B總線下的數(shù)據(jù)上傳和下載，實(shí)現(xiàn)配置文件、應(yīng)用軟件的在線加載、更新與數(shù)據(jù)文件的下載。上傳和下載操作以文件為單位進(jìn)行傳輸，傳輸文件以 Block為單位進(jìn)行校驗(yàn)、應(yīng)答和重傳，保證傳輸正確性和傳輸效率。支持一次加卸載多個(gè)數(shù)據(jù)文件，從而增強(qiáng)系統(tǒng)可維護(hù)性，提高系統(tǒng)維護(hù)效率，降低維護(hù)成本。最后，基于仿真卡和嵌入式環(huán)境下的遠(yuǎn)程終端（RT）設(shè)備，采用軟件形式化開發(fā)方法，實(shí)現(xiàn)！553B總線加卸載軟件。

關(guān)鍵詞：1553B;升級(jí)維護(hù);數(shù)據(jù)加卸載;Block

中圖分類號(hào)：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1553B數(shù)據(jù)總線廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船及兵器等多個(gè)領(lǐng)域，涉及機(jī)電系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、航電系統(tǒng)和武器系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)[1]。1553B總線作為機(jī)載、車載網(wǎng)絡(luò)的二級(jí)總線，承擔(dān)了系統(tǒng)的內(nèi)部互聯(lián)。近年來，隨著海、陸、空一體化作戰(zhàn)的發(fā)展，機(jī)載、車載、艦載系統(tǒng)任務(wù)的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜度呈幾何量級(jí)倍增，1553B設(shè)備的數(shù)量也急劇增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模隨之增大。但1553B總線沒有統(tǒng)一的設(shè)備升級(jí)維護(hù)方法，仍采用傳統(tǒng)的針對(duì)單個(gè)機(jī)載設(shè)備使用專用仿真器設(shè)施進(jìn)行升級(jí)的維護(hù)方式。這種方式需要將機(jī)載、車載、艦載1553B設(shè)備逐個(gè)拆卸，再連接專用外接設(shè)備進(jìn)行維護(hù)升級(jí)。設(shè)備拆卸工作操作不便，增加了工作量和維護(hù)時(shí)間，影響機(jī)載設(shè)備使用壽命，同時(shí)增加人工操作失誤帶來的危險(xiǎn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)1553B總線通信特點(diǎn)，系統(tǒng)包含加載器、加載控制器和被加載器三種角色，連接關(guān)系如圖1所示。其中BC為1553B總線控制器，承擔(dān)加載控制器角色;PMAT為具有1553 RT仿真卡的主機(jī)，是一種PC機(jī)環(huán)境下的遠(yuǎn)程終端，承擔(dān)加載器角色;RT為1553B遠(yuǎn)程終端，承擔(dān)被加載器角色。若PMAT給BC加卸載文件，則BC既承擔(dān)加載控制器角色，又承擔(dān)被加載器角色[2，3]。

非加載模式下，總線網(wǎng)絡(luò)中包含三種角色：BC為1553B總線控制器，RT為1553B遠(yuǎn)程終端，BBC為備份總線控制器，在BC正常工作時(shí)BBC僅用作普通遠(yuǎn)程終端[4，5];BC在非加載模式下檢測(cè)PMAT是否在線，若檢測(cè)到PMAT在線，則切換至加載模式，終止正常通信，執(zhí)行加卸載功能。

該加卸載協(xié)議實(shí)現(xiàn)PMAT在用戶操作下，向被加載器加卸載配置表、軟件以及其他數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)配置表、軟件的統(tǒng)一管理和升級(jí)，以及被加載器數(shù)據(jù)文件到PMAT的下載。

該協(xié)議具有以下特點(diǎn)：

（1）網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)在正常通信過程中不執(zhí)行加載操作，僅在系統(tǒng)切換到加載模式，正常通信終止，PMAT連人系統(tǒng)后，才能執(zhí)行加卸載功能。

（2）為保證傳輸效率和數(shù)據(jù)完整性，該加卸載方案將文件劃分為若干個(gè)Block，以Block為單位進(jìn)行校驗(yàn)、重傳，接收端接收到Block后進(jìn)行校驗(yàn)，結(jié)果正確后，繼續(xù)下一個(gè)Block傳輸過程。

（3）每個(gè)Block包含若干數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀連續(xù)發(fā)送，不再單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，以保證傳輸效率。

（4）文件傳輸完成后，針對(duì)整個(gè)文件，進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），保證文件傳輸?shù)恼_性和完整性，滿足安全關(guān)鍵數(shù)據(jù)的要求。

（5）該方案以Block為單位進(jìn)行校驗(yàn)、重傳，能夠支持傳輸大數(shù)據(jù)文件，對(duì)數(shù)據(jù)文件大小不做上限要求，但考慮加卸載效率，不建議進(jìn)行過大文件傳輸。

1.2 協(xié)議架構(gòu)

該協(xié)議架構(gòu)層次如圖2所示，涵蓋了1553B模塊驅(qū)動(dòng)層和主機(jī)應(yīng)用層[6]。若加卸載文件為配置文件或1553B模塊驅(qū)動(dòng)軟件，則主機(jī)應(yīng)用接收并存儲(chǔ)后，由1553B模塊驅(qū)動(dòng)層燒寫至 1553B模塊FLASH中;若加卸載文件為其他數(shù)據(jù)文件，則主機(jī)應(yīng)用層僅接收，不進(jìn)行燒寫固化;若數(shù)據(jù)文件為主機(jī)應(yīng)用軟件，則最終燒寫在CPU模塊的FLASH中。對(duì)于PMAT，則所有協(xié)議由主機(jī)應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)。

2 算法流程

加卸載協(xié)議包含F(xiàn)IND操作、上傳操作和下載操作。

加卸載協(xié)議以文件為單位進(jìn)行傳輸，為保證傳輸正確性和傳輸效率，傳輸過程中將文件劃分為若干個(gè)Block，針對(duì)單個(gè)Block進(jìn)行校驗(yàn)、應(yīng)答，若出現(xiàn)錯(cuò)誤則以Block為單位進(jìn)行重傳。為保證整個(gè)文件的正確性，文件傳輸完成后對(duì)整個(gè)文件再進(jìn)行CRC校驗(yàn)。

經(jīng)過以Block為單位的累加和校驗(yàn)以及對(duì)整個(gè)文件的CRC校驗(yàn)，避免了數(shù)據(jù)傳輸過程中的誤碼、丟包等故障造成的數(shù)據(jù)不完整錯(cuò)誤。以Block為單位的累加和校驗(yàn)，保證了大數(shù)據(jù)文件傳輸過程中錯(cuò)誤的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與更正，保證了傳輸文件的數(shù)據(jù)完整性和傳輸效率。

考慮1553B總線的通信特點(diǎn)，PMAT、RT、BBC之間的數(shù)據(jù)直接通信，需要由BC進(jìn)行控制。

2.1 FIND操作

進(jìn)行文件上傳或下載操作前，需要通過FIND操作來查看被加載器是否在線，并通過FIND操作來獲取被加載器的軟硬件及其版本信息。

2.2 上傳操作

上傳操作實(shí)現(xiàn)加載器到被加載器的文件傳輸和燒寫功能，加載器通過加載控制器與被加載器建立傳輸連接后，在加載控制器的干預(yù)下，完成數(shù)據(jù)文件到目標(biāo)機(jī)的上傳操作。上傳操作的流程可分為加載初始化和加載兩部分。上傳過程中一個(gè)文件劃分為若干個(gè)Block，一個(gè)Block大小可通過協(xié)商確定，也可根據(jù)實(shí)際需要確定。

上傳操作的流程可分為上傳初始化和上傳階段兩部分，上傳初始化實(shí)現(xiàn)被加載器狀態(tài)查詢，確認(rèn)當(dāng)前被加載器是否在線、是否允許上傳;上傳階段加載器在加載控制器的干預(yù)下以Block為單位，逐塊向被加載器發(fā)送數(shù)據(jù)文件，直至文件傳輸完成。一次正常的文件上傳流程如圖3所示。

2.3 下載操作

下載操作實(shí)現(xiàn)被加載器數(shù)據(jù)文件到加載器的下載功能。下載操作的過程是：加載器通過加載控制器與被加載器建立傳輸連接后，完成被加載器數(shù)據(jù)文件的下載操作。下載過程中一個(gè)文件劃分為若干個(gè)Block，一個(gè)Block大小可通過協(xié)商確定，也可根據(jù)實(shí)際需要確定。

下載操作的流程可分為下載初始化和下載階段兩部分，下載初始化實(shí)現(xiàn)被加載器狀態(tài)查詢，確認(rèn)當(dāng)前被加載器是否在線、是否允許下載;下載階段將文件劃分成若干Block進(jìn)行連續(xù)傳輸，直至文件傳輸完畢。一次正常的文件下載流程如圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

軟件包含加載器、加載控制器和被加載器三部分，分別駐留在PMaT、嵌入式1553BBC設(shè)備和嵌入式1553BRT設(shè)備上，這三部分軟件通過1553B總線進(jìn)行通信，完成協(xié)議功能。加載器、加載控制器和被加載器軟件需求均通過協(xié)議進(jìn)行分析獲取，通過形式化方法進(jìn)行軟件開發(fā)的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[7]。

3.1 軟件形式化規(guī)格

有限狀態(tài)機(jī)是有限計(jì)算的基本模型，也是許多形式化規(guī)格、驗(yàn)證方法的基礎(chǔ)模型。加載器軟件通過1553B數(shù)據(jù)加卸載協(xié)議獲取需求，用有限狀態(tài)機(jī)對(duì)其進(jìn)行形式化規(guī)格描述，有限狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖5所示。

加載控制器若收到的操作被加載器是自身時(shí)，則其有限狀態(tài)機(jī)與被加載端相同;若其收到的操作被加載器為其他RT或BBC時(shí)，有限狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖7所示。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)加載器、加載控制器和被加載器有限狀態(tài)機(jī)，基于1553B仿真卡和嵌入式平臺(tái)實(shí)現(xiàn)該加卸載協(xié)議，加載器仿真卡采用自主研發(fā)的1553B PCI仿真卡，主機(jī)采用WindowsXP操作系統(tǒng)，Microsoft Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境。加載控制器和被加載器采用國(guó)產(chǎn)1553B SOC芯片，基于PowerPC處理器實(shí)現(xiàn)，采用XMC接口與主機(jī)中央處理器（CPU）交互、供電。主機(jī)采用VxWorks 6.6，使用WorkBench開發(fā)環(huán)境，SOC芯片使用C*CORE 1DE開發(fā)環(huán)境。

加載器軟件采用分層方式實(shí)現(xiàn)，協(xié)議軟件采用C語(yǔ)言開發(fā)，封裝成lib庫(kù)，供上層調(diào)用，上層提供用戶操作界面，采用C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。加載控制器和被加載器采用C語(yǔ)言。

經(jīng)測(cè)試，加卸載軟件加載并固化32KB文件需要4s，平均速率8kB/s。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了1553B總線數(shù)據(jù)加卸載軟件，達(dá)到了64kB/s的傳輸速率，1553B總線速率為1MB/s，因此該速率仍有進(jìn)州步提升空間，需針對(duì)加載器、加載控制器和被加載器等待時(shí)間進(jìn)行研究，縮短等待時(shí)間開銷，提高通信速率。1553B總線加卸載軟件的實(shí)現(xiàn)，為1553B設(shè)備提供了一種在線升級(jí)維護(hù)方法，在機(jī)載、艦載、車載1553B設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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