专利名称：基于usb接口的便携式飞机1553b总线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及飞机总线监测技术领域，具体是讲是一种基于USB接口的便携式飞机1553B总线监测系统。
技术背景现有的1553B总线监测系统，主要是采用PCI总线、ISA总线、VXE总线以及PC104 总线等板卡形式插到计算机相应插槽上使用；可以监测155 总线原始信号，在155 总线层面对之进行原始数据显示和错误分析，使155 监测器能够像示波器一样使用；主要提供的是1553B的底层分析功能，对于操作人员的水平要求较高，功能多但针对性不强，专业性较高，与部队维护实际相差较大，部队地勤维护人员缺乏相应的专业设备直接读取飞机故障设备的相应信息。比如国内矽微电子科技有限公司生产的1553B总线分析仪等，便携性差，成本高，功耗大，提供的功能有一些并不是很符合实际需要。其次，现有的1553B总线监测系统，多数是国外开发研制国内代理销售，其硬件的维护和软件的升级均有年限的限制，导致技术支持受制于人。假如选用了这类产品，其内部组成和结构对用户来说完全是个黑箱，用户无法针对需求进行改进，开发出更多的功能。最后，由于1553B总线监测系统，属于专用航空总线，产品的开发难度较大而应用领域较小，所以价格昂贵。经过调查，单片扩展板的价格在5万RMB左右，组成一套可用的系统少则数十万，多则上百万，对用户来说是巨大的经济负担
实用新型内容
本实用新型的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种基于USB接口的便携式飞机155 总线监测系统，它不但能够用于标准155 设备的信号监测，而且可以针对飞机的155 设备快速进行故障定位和分析，主要解决现的155 总线监测系统对使用人员的专业要求高、便携性差、无法进行改进及价格高等问题。为了达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是基于USB接口的便携式飞机1553B总线监测系统，它包括1553B总线，1553B总线与飞机直接连接，其特殊之处在于155 总线与USB-155;3B协议转换器连接，USB-1553B协议转换器通过USB总线与控制计算机连接，控制计算机与用户交互，USB-155;3B协议转换器内置固件程序，控制计算机内置驱动程序和应用程序，应用程序包括M53B总线通用监测模块和I⑶文档分析模块； USB-1553B协议转换器主要完成USB总线和1553B总线的协议转换功能，它一方面将从 1553B总线采集的数据经协议转换后发送给控制计算机，另一方面将用户通过控制计算机输入的数据通过协议转换，并最终传递到M53B总线。控制计算机主要完成和用户的交互， 功能控制，显示输出等任务。本实用新型的基于USB接口的便携式飞机1553B总线监测系统，其所述的155 总线与被测设备连接，控制计算机通过以太网与数据存储终端和打印机连接，打印机与用户交互；数据存储终端(服务器)和打印机等外围设备主要完成数据存储、打印显示等功能，将从总线采集的数据存储到数据库，方便以后调用和查找。本实用新型的基于USB接口的便携式飞机1553B总线监测系统，其所述的 USB-1553B协议转换器采用USB模块和155 模块叠加而成，USB模块上设68013嵌入式处理器，68013嵌入式处理器和存储器EEPR0M、电压转换电路、晶振、测试信号引脚连接，通过自定义总线先和引脚相连，再与HT-61580嵌入式处理器连接，通过USB总线接头和控制计算机连接；HT-61580嵌入式处理器和地址译码电路、电压转换电路、晶振连接，通过变压器与155 总线连接；用户通过应用程序设置好协议转换器工作状态，控制计算机通过USB总线的端口将信息发送到USB-155;3B协议转换器，USB-1553B协议转换器模拟工作在BC/RT/ BM状态。本实用新型所述的基于USB接口的便携式飞机155 总线监测系统与已有技术相比具有如下积极效果1、硬件方面(1)USB-155;3B协议转换器采用68013+HT-61580的方案，通过变压器连接到155 总线，这种设计专注于USB接口，采用了成熟技术，系统稳定性好，大大缩小了产品体积，扩展了产品的使用环境，适用于外场和内场两种工作环境，方便携带；( 采用模块化设计，系统扩展性强。分别设计了 USB模块和155 模块，两个模块通过板间总线叠加形成产品。这种设计使产品具有很强的扩展性。当进行后续其他总线协议之间的开发时，只需要开发出相应的总线模块即可，通过板间总线将两个硬件模块叠加，就完成了新的产品硬件开发。2、软件方面(1)采用成熟技术开发固件和驱动程序，提高了开发效率，缩短了开发周期。考虑到68013芯片专注于USB接口开发，提供了丰富、稳定的USB接口开发固件程序框架，当进行相关的固件程序开发时，只需要编写相应的功能函数即可，大大提升了系统的稳定性。当进行驱动开发时，只需要修改CYPRESS公司提供的驱动例程即可，使设计人员能专注于系统功能开发，减少了开发时间；(2)应用程序针对性强，便于使用。现有的155 总线监测设备主要是专注于155 原始信号的监测。一般是实时显示155 总线上的数据， 有一些是在接收数据的基础上对1553B总线的波形进行还原，或者进行比对，在总线层面分析错误原因，要求使用者具备较深的专业知识。本设计主要是针对飞机开发的应用程序， 在可以显示和分析1553B总线原始数据的基础上，根据飞机的ICD文档对接收到的155 信号进行进一步解析；C3)开发了 ICD文档数据库，飞机的ICD文档数据量大，关系复杂，提取了 ICD文档中的关键元素，通过建立关系模型，科学合理地将ICD文档抽象成飞机ICD数据库。3、产品方面(1)在整体层面，使地勤维护人员可以方便快捷地对飞机155 总线设备进行故障定位；( 当M53B总线故障设备进入内场维护时，可以进行设备内故障定位，并分析故障原因，辅助设备维修人员方便快速地进行设备维修；(3)其使用USB接口和便携式控制计算机相连，体积小，便携性好，适用于外场和内场两种工作环境，而且其协议转换器中的USB模块和155 模块可以分别和其他总线模块叠加，构成新的总线协议转换器，降低了成本，提高了系统的通用性、模块化和专业性。
图1是本实用新型的一种连接示意图；[0014]图2是本实用新型的另一种连接示意图；图3是USB-155;3B协议转换器硬件结构示意图；图4是软件模块流程示意图；图5是固件程序流程示意图；图6是监测应用程序流程示意图；图7是I⑶专用文档分析工具模块工作流程图。
具体实施方式
为了更好地理解与实施，
以下结合附图给出具体实施例详细说明本实用新型。实施例1，参见图1、3、4、5、6、7，本实用新型采用硬件设计一固件程序设计一驱动程序设计一通用监测应用程序设计一ICD专用文档分析工具设计的步骤，从低至上进行设计。下面按照设计顺序进行说明。1、硬件设计硬件设计主要是完成USB-155;3B协议转换器设计。协议转换器由USB模块和155 模块叠加而成，USB-1553B协议转换器2采用USB模块和155 模块叠加而成；USB模块上有68013嵌入式处理器，将68013嵌入式处理器和存储器EEPR0M、电压转换电路、晶振、测试信号引脚连接，通过自定义总线先和引脚相连，再与HT-61580嵌入式处理器连接；通过USB 总线接头和控制计算机4连接；HT-61580嵌入式处理器和地址译码电路、电压转换电路、 晶振连接，通过变压器与1553B总线1连接。主要完成控制计算机的USB总线与被测设备 155 总线之间的数据传输、模式配置等功能。协议转换器硬件结构图如图3所示。由图3 可以看出它主要由三部分电路组成(1) USB-1553B协议转换器的USB接口电路(2) USB-1553B协议转换器的155 接口电路(3) USB电路和1553B电路之间的逻辑接口USB接口电路主要完成控制计算机同USB接口微控器的数据通讯、对接口微控器件的外围扩展设置等功能。它是以USB接口控制芯片CY7C68013为核心设计的，它主要由控制计算机同USB控制芯片的接口电路、时钟电路、供电电压转换电路、1 电路组成。主要完成控制计算机同USB接口微控器的数据通讯、对接口微控器件的外围扩展设置，作为主控部分控制155 模块工作等功能。155 接口电路主要完成协议转换器同155 总线系统连接的功能，保证155 协议转换器能够同155 总线上其他终端进行实时通信。主要由隔离变压器、155 电缆接头、155 协议处理器和晶振、地址锁存器组成。内部逻辑接口电路是转换器的核心部分。它主要控制整个接口的数据传输，完成接收与发送消息的处理，通过接口逻辑实现两者之间的数据传输，主要由两个协议芯片和其它一些控制电路组成。2、软件设计2. 1软件总体设计软件模块流程如图4所示，主要有初始化模块、工作模式选择模块、通讯模块、控制模块、显示模块、ICD文档分析模块、数据处理模块等几部分。(1)初始化模块包括硬件初始化模块和软件初始化模块。其中硬件初始化包括在设备连接到控制计算机后，通过驱动程序对总线接口板进行识别、设置初始时钟等硬件初始化工作。软件初始化主要是完成各功能模块和变量的初始化。模式选择模块主要完成系统的155 总线三种工作模式选择功能，包括接收用户输入的各种消息，并依据消息内容选择BC/RT/BM模式。在每一个模式中，都可以通过选择界面设置相应的功能，包括是否进行自动重试、设置消息边界等。(2)控制模块包括系统工作控制模块和显示存储控制模块。系统工作控制模块主要用来控制系统的工作流程，包括系统的各个模块调用、启动操作和系统的停止操作等。显示存储控制模块主要用来控制系统接收数据的显示或存储，其显示与存储的控制需结合系统工作模式选择模块来进行相应的设置。若系统工作在实时测试模式下，则可在显示与存储之间进行用户需要的切换操作。若系统工作模式是在回放模式下，则只有显示功能，不能进行存储操作。(3)数据处理模块是整个软件设计的重要组成部分，它包括数据组织处理和数据分析两个模块，主要完成数据解码、译码、数据分析处理等功能。数据组织处理模块主要完成对消息的译码、编码工作，并将数据传递给控制模块和数据分析模块。(4) I⑶文档分析模块主要包括飞机I⑶接口文件数据库和I⑶分析工具两个部分。ICD文档分析模块使监测系统从155 通用监测系统升级成为飞机专用监测系统。其数据库是在分析各数据库元素之间的关系基础上，对关系数据库进行设计，并将飞机各个 ICD接口数据静态存储在数据库中。(5)通讯模块包括数据接收和发送模块，主要完成总线数据的实时采集和发送任务。在数据发送不成功时记录通讯故障次数，并将所有数据记录到数据库中，作为原始数据，以便以后进行数据分析处理。显示模块主要包括数据图形显示、历史数据显示、实时数据显示三个模块。它可以根据用户要求选择显示实时数据或者在服务器中的历史数据。用户通过主界面可以选择显示二进制、十进制、十六进制等格式，并且还可以将数据转换为图形输出。2. 2固件程序设计固件流程如图5所示。将功能模块和固件函数架构有机结合起来，构成一套专用的155!3B-USB协议转换器固件程序。程序首先初始化所有的内部状态变量，然后开始重新枚举设备直到在端点0 收到SETUP包为止。如果有SETUP包，就执行包中的指令。一旦检测到SETUP包，框架将开始交互的任务调度，其任务调度的步骤如下(1)调用用户函数TP_Poll ()，以实现1553Β总线监测系统的主要功能。(2)判断是否有标准设备请求等待处理。如果有，则分析该请求并响应。(3)判断USB内核是否收到USB挂起信号。如果有，则挂起。在整个系统中，应用程序作为终端，选择实现各种功能，固件程序主要是根据上层传递来的数据包，控制硬件工作。为了保证通信的准确性，需要建立系统内部通用的数据包格式，使固件和应用程序之间的信息可以相互编码/解码。采用两种数据包控制包和数据包。控制包主要包含各种控制指令和标志位等，数据包主要包含了设备接收到的数据和部分标志位。针对BC/RT/BM不同的功能，分别建立三个数据包以及六个控制包，对包里的每个字分别进行定义。固件程序收到数据包后，分析包的内容，从而实现各种功能。2. 3驱动程序设计协议转换器连接到控制计算机后，当8051维持重置时，USB核心就会执行初始设备列举以及程序代码加载。当程序代码描述符表已经从控制计算机下载到68013的RAM中， 8051就会跳离重置状态，并且开始执行设备的程序代码。此时，设备就会进行二次自举，加载以后的设备。驱动工作的基本过程是首先让8051进入复位状态，然后下载一个Loader程序， 下载完成后，8051脱离复位状态，Loader程序开始执行，此时就可以下载固件代码了。固件下载完成后，8051复位，程序开始执行。然后在固件程序中增加模拟USB断开的语句，重新连接后，设备再次自举。这次自举时由固件代码提供VID/PID和描述符等信息，此时系统所得到的信息才是设备的信息。 系统枚举时根据VID/PID装入最终的设备驱动，完成驱动加载过程。2. 4监测应用程序设计为了防止系统工作无法满足实时性要求，需要计算实时性指标。当系统作为总线 BC工作时，每个消息之间的最小间隔时间(T5)为4.0 μ S。当总线作为RT工作时，响应有效指令字的间隔时间为4. 0-12. 0 μ S。系统每发送一条消息的总时间如下式所示T = Τ1+Τ2+Τ3其中，T是处理一条消息的总时间，Tl是1553Β芯片处理时间，Τ2是USB芯片处理时间，Τ3是控制计算机处理时间。一条1553Β消息的总字数N N = Ν1+Ν2+Ν3其中，m是数据字个数，N2是命令字个数，N3是状态字个数。一条消息最多有32 个数据字，2个状态字，2个命令字。所以，N最大为36。1553B芯片有4K的存储空间，可以存储112条消息。T4是消息间隔时间。当式 4-6成立时，1553B芯片数据存储堆栈不会溢出。通过监控程序向设备发送100条消息，每条消息1 个字节，完毕后返回标志，得到T。Γχ100 = 124 ^ => τ二 1.24辦为最大限度地利用总线带宽，通过写1553Β芯片时标寄存器，将消息之间的时间间隔jM设置为256 μ s，系统最大无响应时间Τ7设置为8 μ s，满足要求。2. 51⑶专用文档分析模块I⑶专用文档分析模块是整个监测系统的一个组成部分，它通过接收主程序的指令，调用ICD模块，选择相应的数据库，将主程序接收到信息存储到数据库中，并将其数据库中的内容和统计分析结果传递给主程序，由主程序完成分析和显示的功能，其流程如图8 所示。主要包括以下几个模块(1)初始化模块。初始化模块主要是完成数据库初始化以及数据库调用的功能。 当数据库被正确调用，ICD文档分析模块和通用测试应用程序通信正常时，ICD文档分析模块正常运行。(2)控制模块。控制模块控制数据处理。I⑶数据库和控制模块直接相连，当主程序通过控制模块选择了 ICD模式之后，它从数据库中读取相应模块中的信息，并将此信息通过接口模块传递给主程序。(3)统计结果查询模块。统计结果查询模块是辅助分析的重要工具。它主要是对已经接收到的信息进行统计，包括对错误消息数量、已经接收的消息数量、已经接收到的消息来源等方面的信息进行统计，并将结果传递回控制模块。(4) ICD模式选择模块。模式选择模块主要是完成飞机专用数据库模式的选择。飞机的每一个设备都有各自定义的数据包格式，每一个设备传输的命令和工作状态都是不一致的。通过选择ICD工作在哪个子系统模式下，调用与该设备相对应的ICD数据库，按照该设备的消息格式将接收到的消息进行分析，提高软件运行效率。(5) I⑶文件接口模块。I⑶文件接口模块是I⑶文档分析工具和主程序之间的接口，它包括输入和输出两个部分。当主程序接收到数据之后，将数据通过ICD文件接口模块存入相应模块的数据库中；当主程序需要对所接收到的数据进行分析对比时，通过文件输出接口，将相应的数据传递给主程序。(6) I⑶数据库。I⑶数据库是整个I⑶文档分析工具的核心，它存储了飞机I⑶ 接口文件的全部信息，是整个工具工作的基础。上述硬件及软件设计好后，USB-1553B协议转换器2内置固件程序，控制计算机4 内置驱动程序和应用程序，应用程序由155 总线测量通用模块和I⑶文档分析模块组成； USB-1553B协议转换器2由USB模块和155 模块叠加而成，将USB_155;3B协议转换器2通过变压器与巧53B总线1连接，再将USB-155;3B协议转换器2通过USB总线3与控制计算机4连接，控制计算机4与用户8交互，最后将155 总线1直接连接到飞机10总线，这种连接方式适合外场工作。实施例2，参见图2，同实施例1，不同之处是控制计算机4通过以太网5与数据存储终端6和打印机7连接，打印机7与用户8交互，最后将155 总线1连接到被测设备9， 这种连接方式适合内场工作。本实用新型的基于USB接口的便携式飞机155 总线监测系统，系统开始运行后， 通过155 模块采集155 总线信号，信号在USB模块中进行协议转换后传输到控制计算机，控制计算机一方面可以调用通用155 总线监测模块，通过对信号进行比对、验证状态字等方式显示、分析155 原始信号，另一方面可以调用I⑶文档分析模块，通过调用飞机的ICD文档数据库中的内容和接收到的信号进行比对分析，并将分析结果通过列表的方式进行显示，完成对飞机1553B总线的故障定位和分析功能。其具体控制方法如下1.上电复位系统；2.判断工作方式，如果选择1553B总线通用监测方式，调用 1553B总线测量通用模块，进行1553B总线监测；如果选择飞机1553B总线监测方式，调用飞机ICD文档分析模块，进行飞机1553B总线监测；3.选择155 总线通用监测方式后，按以下步骤进行控制3.1选择总线控制器方式(BC)，或者远程终端方式(RT)，或者总线监视器方式 (BM)；3. 2选择好系统工作方式后，对相应的工作方式设置模式参数；[0077]3. 3开始运行；3. 4通过控制计算机观察结果；3. 5是否结束，结束则退出；4.选择飞机155 总线监测方式之后，按以下步骤进行控制4. 1选择系统模拟飞机上何种设备工作；4. 2选择需要监测的设备；4. 3判断是否连接成功；如果连接成功，允许运行；否则，提示监测设备是否连接好；4. 4开始发送消息；4. 5若接收数据和I⑶文档比对后正确，则继续进行；若出现错误，重复发送指令， 若连续3次出现同一错误，则报错，将提示信息存入数据库后，发送下一条命令；4. 6通过控制计算机观察结果；监测结果以列表的方式显示；4. 7 结束。
权利要求1.基于USB接口的便携式飞机155 总线监测系统，它包括155 总线(1)，1553B总线(1)与飞机(10)直接连接，其特征在于155 总线(1)与USB-155;3B协议转换器(2)连接，USB-155;3B协议转换器( 通过USB总线( 与控制计算机(4)连接，控制计算机(4) 与用户⑶交互。
2.根据权利要求1所述的基于USB接口的便携式飞机1553B总线监测系统，其特征在于所述的155 总线(1)与被测设备(9)连接，控制计算机(4)通过以太网( 与数据存储终端(6)和打印机(7)连接，打印机(7)与用户(8)交互。
3.根据权利要求1所述的基于USB接口的便携式飞机1553B总线监测系统，其特征在于所述的USB-155;3B协议转换器( 采用USB模块和155 模块叠加而成；USB模块上设 68013嵌入式处理器，68013嵌入式处理器和存储器EEPR0M、电压转换电路、晶振、测试信号引脚连接，通过自定义总线先和引脚相连，再与HT-61580嵌入式处理器连接，通过USB总线接头和控制计算机(4)连接；HT-61580嵌入式处理器和地址译码电路、电压转换电路、晶振连接，通过变压器与155 总线(1)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种基于USB接口的便携式飞机1553B总线监测系统，它包括1553B总线(1)，其特点是1553B总线(1)与USB-1553B协议转换器(2)连接，USB-1553B协议转换器(2)通过USB总线(3)与控制计算机(4)连接，控制计算机(4)与用户交互；其使用USB接口和便携式控制计算机相连，体积小，便携性好，适用于外场和内场两种工作环境，而且其协议转换器中的USB模块和1553B模块可以分别和其他总线模块叠加，构成新的总线协议转换器，降低了成本，提高了系统的通用性、模块化和专业性。
文档编号G05B19/418GK202093374SQ20112010877
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者李德栋, 欧阳中辉, 肖楚琬, 谢晓方 申请人:中国人民解放军海军航空工程学院