MIL-STD-1553

MIL-STD-1553 es un estándar que describe un bus de comunicación ampliamente utilizado en aviónica militar y espacial. También ha sido adoptado por la OTAN como STANAG 3838.

Histórico

Fue desarrollado bajo los auspicios del Departamento de Defensa estadounidense desde 1968. La primera versión MIL-STD-1553A se publicó el30 de abril de 1975. La versión actual es MIL-STD-1553B que data de21 de septiembre de 1978.

Capa fisica

Topología

El MIL-STD-1553 describe un bus de datos en serie multiplexado (semidúplex) . La conexión se realiza mediante un par trenzado apantallado por bus.

El estándar define la presencia de dos buses (A y B) para garantizar la redundancia, pero solo un bus está activo en cualquier momento.

Hay tres tipos de equipos conectados al bus:

• El administrador de bus o "Bus Controller" (BC) que organiza los distintos intercambios en el bus ,
• Suscriptores o "Terminal Remoto" (RT) que utilizan el bus para comunicarse. Puede haber hasta 31 (limitación vinculada al direccionamiento) ,
• Monitores de bus o “Bus Monitor” (BM) que escuchan el bus. Puede haber varios o ninguno .

Apoyo

Cada par blindado debe cumplir con varias características:

• La capacitancia entre los 2 cables no debe exceder los 30  pF / pie ( es decir, 98,4  pF / m ),
• El número de vueltas (rotación de 360 ​​° de los 2 cables) no debe ser inferior a 4 / pie (es decir, 13 / m),
• La impedancia característica (Z 0 ) debe estar entre 70  Ω y 85  Ω para una frecuencia sinusoidal de 1  MHz ,
• La atenuación no debe exceder 1,5 dB / 100 pies (es decir, 4,92 dB / 100 m),
• El blindaje del cable debe cubrir más del 75% del cable.
• Los 2 extremos del cable deben estar "enchufados" con resistencias iguales a la impedancia característica del cable Z 0 ± 2%.

Codificación de bits

La codificación utilizada es del tipo Manchester II de dos fases  :

Niveles eléctricos

Los niveles eléctricos dependen del acoplamiento utilizado, con transformador o directamente, y son diferentes en transmisión o recepción.

Consulte estos parámetros específicos en los párrafos relacionados con el acoplamiento .

Tiempo y velocidad

La velocidad de transmisión es de 1  Mbit / s  :

• La estabilidad a corto plazo (<1  s ) debe ser inferior al 0,01%,
• La estabilidad a largo plazo debe ser inferior al 0,1%.
• Los tiempos de subida y bajada, así como la duración del medio bit, dependen de si el terminal está recibiendo (leyendo) o si está transmitiendo (escribiendo) en el bus.

Acoplamientos

Este acoplamiento impone varias limitaciones:

• La pantalla del acoplador debe estar conectada a las pantallas del bus,
• Todas las uniones de bus deben estar protegidas continuamente en más del 75%,
• Las resistencias de aislamiento deben colocarse entre el bus y el terminal, lo más cerca posible o dentro del terminal, su valor debe ser R = 55Ω ± 2%,
• La longitud de la derivación no debe exceder Lmáx = 1 pie (es decir, 0,304 8  m ),
• La impedancia de entrada del terminal sometido a una frecuencia de onda cuadrada entre 75  kHz y 1  MHz debe ser superior a 2 kΩ,
• La relación del transformador de aislamiento debe ser Ni = 1: 1,
• Los niveles eléctricos entre las 2 líneas (A y B) del par apantallado deben ser los siguientes:

Este acoplamiento impone varias limitaciones:

• La pantalla del acoplador debe estar conectada a las pantallas del bus,
• Todas las uniones de bus deben estar protegidas continuamente en más del 75%,
• Se deben colocar resistencias de aislamiento entre la barra y el transformador de acoplamiento, su valor debe ser R = 0,75 x (Z0) ± 2%,
• La relación del transformador de acoplamiento debe ser Nc = 1: 1.41 ± 3%, el mayor número de vueltas está en el lado de las resistencias de aislamiento (es decir, transformador reductor desde el punto de vista del terminal),
• La impedancia de salida en circuito abierto del transformador de acoplamiento sometido a una sinusoide de tensión de 1  V (RMS) y frecuencia entre 75  kHz y 1  MHz debe ser superior a 3 kΩ,
• La tasa de rechazo de modo común del transformador de acoplamiento debe ser superior a 45 dB a 1  MHz ,
• La longitud de la derivación no debe exceder Lmax = 20 pies (6,09  m ),
• La impedancia de entrada del terminal sometido a una frecuencia de onda cuadrada entre 75  kHz y 1  MHz debe ser superior a 1 kΩ,
• La relación del transformador de aislamiento debe ser Ni = 1: 1.
• Los niveles eléctricos entre las 2 líneas (A y B) del par apantallado deben ser los siguientes:

Capa de enlace de datos

Palabras

Las palabras de 16 bits están encapsuladas en 20 bits que se pueden dividir en tres partes:

• Los primeros bits 1 a 3 se utilizan para la sincronización ,
• Los bits 4 a 19 (16 bits) forman la palabra en sí,
• El bit 20 es un bit de paridad .

En una palabra, los bits se transmiten comenzando con el bit denominado "más tiempo de bit significativo n ° 1", los otros siguen en orden de fuerza decreciente (tiempo de bit n o  2, tiempo de bit n o  3, etc.) hasta 'en tiempo de bit n o  20.

Del mismo modo, si un dato se codifica en más de 16 bits y se deben usar varias palabras para transmitirlo, primero se debe transmitir la palabra que contiene los bits más significativos.

La sincronización se logra mediante una violación del código Manchester en los primeros 3 bits de la trama.

Consiste en colocar el bus a nivel ALTO durante el tiempo equivalente a 1,5 bits y luego a nivel BAJO los 1,5 bits restantes ("flanco descendente"), o viceversa ("flanco ascendente") según el tipo de palabra (ver debajo).

Paridad

El bit de paridad se utiliza para verificar que la palabra no se haya alterado durante la transmisión.

La paridad se define como impar (impar) . Si el número de bits de información en "1" es par, el bit de paridad estará en "1". Por el contrario, si este número es impar, se establecerá en "0".

Este mecanismo simplista no permite evitar la alteración de 2 bits, ya que en este caso recurrimos a la paridad impar.

Palabra de comando Sincronizar

La sincronización forma un "borde descendente".

Dirección RT

Este campo permite dirigir la palabra a un terminal particular, teniendo cada terminal una dirección única. Los 5 bits permiten 32 direcciones, sin embargo la dirección “11111” está reservada para contactar con todos los terminales (“broadcast”), por lo que solo puede haber 31 terminales conectados al bus.

T / R (transmitir / recibir)

Si el bit es:

• 0 → se advierte al terminal que debe recibir datos.
• 1 → se solicita al terminal que envíe datos.

Subdirección o modo

Los 5 bits permiten 32 combinaciones:

• las combinaciones "00000" y "11111" están reservadas como "modo" y permiten que se le diga al terminal que el campo "Recuento de palabras de datos o código de modo" debe interpretarse como un "modo de código",
• las otras 30 se interpretan como “Subdirección” y permiten direccionar uno de los 30 subconjuntos que puede tener un terminal.

Número de palabras de datos o código de modo Recuento de palabras de datos

El se agita :

• el número de palabras que recibirá el terminal si "T / R" es igual a 0,
• el número de palabras que el terminal debe enviar si “T / R” es igual a 1.

Los 5 bits se utilizan para enviar de 1 a 32 datos, el valor 0 corresponde a 32 palabras de datos enviados. No puede haber más de 32 palabras de datos enviadas consecutivamente en un solo intercambio.

Modo codificado

Para las combinaciones:

• de "00000" a "01111" no requieren una respuesta del terminal, pero el bit "T / R" debe establecerse en 1,
• de "10000" a "11111" requieren una respuesta que consta de una sola palabra de datos del terminal.

Modo codificado	Función	Bit T / R	¿Transmisión autorizada?	Detalle
00000	Control de bus dinámico	1	No	El terminal debe responder con una palabra de estado configurando el bit 18 (“Bandera de aceptación de bus dinámico”): “1” para aceptar la prueba, “0” para rechazar (o si la función no está implementada).
00001	Sincronizar (sin palabra de datos)	1	sí	El terminal debe sincronizar (reiniciar el reloj interno y / o iniciar una secuencia de sincronización) y responder con una palabra de estado.
00010	Transmitir palabra de estado	1	No	El terminal debe devolver la última palabra de estado que transmitió anteriormente.
00011	Iniciar autoprueba	1	sí	El terminal debe iniciar una secuencia de prueba y responder con una palabra de estado.
00100	Apagado del transmisor	1	sí	El controlador solo debe enviar este comando al terminal en uno de los 2 buses redundantes. El terminal debe inhibir su transmisor en el otro bus y responder con una palabra de estado en el bus que permanece activo.
00101	Anular el apagado del transmisor	1	sí	Cancela el comando de "apagado del transmisor". El terminal debe responder con una palabra de estado.
00110	Inhibir bit de bandera de terminal	1	sí	El terminal debe poner el bit 19 (“Indicador de terminal”) en “0” en las palabras de estado que devuelve (para inhibir el hecho de que está defectuoso) y debe responder con una palabra de estado.
00111	La anulación inhibe el bit de bandera del terminal	1	sí	Cancela el comando "inhibir bit de bandera de terminal". El terminal debe responder con una palabra de estado.
01000	Restablecer terminal remoto	1	sí	Después de transmitir una palabra de estado, el terminal debe reiniciarse.
10,000	Transmitir palabra de vector	1	No	El terminal debe responder con una palabra de estado, luego transmitir una palabra de datos que contenga la información "información de solicitud de servicio" cuando el bit de la palabra de estado del mismo nombre no sea suficiente.
10001	Sincronizar (con palabra de datos)	0	sí	Además de la palabra de comando, el terminal recibe una palabra de datos que contiene información relacionada con la sincronización. El terminal debe sincronizar (reiniciar el reloj interno y / o iniciar una secuencia de sincronización) y responder con una palabra de estado.
10010	Transmitir el último comando	1	No	El terminal debe responder con una palabra de estado y luego transmitir una palabra de datos que contenga los bits de información 4 a 19 de la última palabra de comando recibida.
10011	Transmitir palabra BIT	1	No	El terminal debe responder con una palabra de estado, luego transmitir una palabra de datos que contenga el resultado de la BIT (Prueba incorporada) si el terminal contiene dicha función.
10100	Apagado del transmisor seleccionado	0	sí	Igual que el comando de "apagado del transmisor", pero cuando el número de buses redundantes es mayor que 2. El número del bus en el que se debe inhibir el transmisor está contenido en la palabra de datos que sigue al comando. El terminal debe responder con una palabra de estado.
10101	Anular el apagado del transmisor seleccionado	0	sí	Cancela el comando "apagado del transmisor seleccionado". El número del bus en el que debe desactivarse el transmisor está contenido en la palabra de datos que sigue al comando. El terminal debe responder con una palabra de estado.

Palabra de datos Sincronizar

La sincronización forma un "borde ascendente".

Datos

Este campo corresponde a los datos codificados en 16 bits.

Palabra de estado (o palabra de estado) Sincronizar

Al igual que para la palabra de comando , la sincronización forma un "flanco descendente".

Dirección RT

Igual que para la palabra de comando .

Mensaje de error

Debe establecerse en 1 para indicar que una palabra de datos de la trama recibida no fue compatible (paridad, número de bits, etc.) o que el comando recibido no fue compatible.

Instrumentación

Debe establecerse en 0 en la mayoría de los casos. Se puede utilizar para diferenciar las palabras de estado de las palabras de control.

Solicitud de servicio

Permite que el terminal especifique que espera una acción específica definida de antemano por el controlador estableciendo el bit en 1.

Comando de transmisión recibido

Debe establecerse en 1 para indicar que el comando anterior era del tipo "broadcast".

Ocupado

El terminal debe establecerlo en 1 para indicar que no puede procesar los datos recibidos.

Bandera de subsistema

Debe establecerse en 1 si el terminal desea declarar que uno de sus subsistemas está inactivo y los datos "pueden" no poder procesarse correctamente.

Bandera de aceptación dinámica de bus

Se utiliza para responder al comando "Control de bus dinámico" estableciendo el bit en 1.

Bandera de terminal

Debe establecerse en 1 si el terminal desea declararse como predeterminado. Debe inhibirse (puesto a 0) si el terminal recibe el comando "Inhibir bit de indicador de terminal".

Marcos

Las tramas se componen de intercambios de palabras entre el BC y los RT.

Cuando el mismo BC o RT transmite varias palabras consecutivas, no hay espacio ni espacio entre ellas.

El tiempo de respuesta a una palabra de un RT debe estar entre 4 μs y 12 μs.

El espacio entre los fotogramas debe ser de al menos 4 μs.

Para 2 tiempo mencionado anteriormente, la duración se mide entre el alto transición / LOW de la mitad de la 20 º  bit de la palabra precedente y la alta transición / LOW de la siguiente palabra de la sincronización de campo (el medio de dos E  bit) .

El tiempo de espera de la falta de respuesta es de 14 microsegundos, a partir de la transición HIGH / LOW de la mitad de la 20 º  bit de la última palabra.

Si se recibe un nuevo comando antes de que el RT haya respondido al (los) anterior (es), el último recibido prevalece sobre todos los demás.

Transferencia BC → RT

Procedimiento:

• El BC emite una palabra de comando de recepción, seguida de las palabras de datos correspondientes al comando.
• Después de la validación de los datos, el RT envía una palabra de estado .

Transferencia RT → BC

Procedimiento:

• El BC emite una palabra de comando de envío.
• Después de validar el comando, el RT envía una palabra de estado seguida de las palabras de datos .

Transferencia RT → RT

Procedimiento:

• El BC transmite una palabra de comando de recepción a RT2, seguida de una palabra de comando de transmisión a RT1.
• Después de validar el comando, RT1 envía una palabra de estado seguida de las palabras de datos .
• Después de la validación de los datos, el RT2 envía una palabra de estado .

Intercambios de "modo de código"

Los intercambios se realizan según el mismo principio que las transferencias, con o sin datos.

Intercambios de difusión

Los intercambios se realizan según el mismo principio que las transferencias, excepto que no existe una palabra de estado al final enviada por un RT, para evitar que todos los RT intenten hacerlo simultáneamente.

Ejemplo de transferencia RT → BC

La siguiente imagen ofrece un ejemplo de los conceptos explicados en las secciones anteriores.

Por lo tanto, podemos ver una solicitud de transmisión (ya que el bit 6 o T en púrpura está en 1 en la palabra de comando ) hecha al RT direccionado con el número 0x03.

Los últimos 5 bits (verde) de la palabra de comando contienen el número de palabras a transmitir por el RT , aquí 0x01, que corresponde efectivamente a la palabra de datos única (en turquesa, valor 0x02) que sigue a la palabra de estado .

Tenga en cuenta la diferencia en la amplitud de la señal entre la solicitud de BC y la respuesta de RT . Esta diferencia se debe a la posición de la observación eléctrica en el autobús. Estamos aquí más lejos del BC que del RT . Por tanto, el BC se recibe con una amplitud menor que el RT .

Ventajas inconvenientes

Ventajas

• Es determinista ya que tiene un administrador de bus,
• Es resistente a las perturbaciones,
• El mecanismo de la palabra de estado permite al dispositivo de destino comprobar que se ha realizado la transferencia,
• Existe un manual que define los procedimientos de implantación, calificación y prueba: MIL-HDBK-1553.

Desventajas

• En aviónica moderna, está comenzando a mostrar sus límites debido a su velocidad relativamente baja y sus posibilidades de direccionamiento.
• No hay suma de control (excepto paridad ) para verificar la integridad de los datos,
• Complejidad del acoplamiento en el autobús,
• Las transiciones vinculadas a la codificación Manchester II de dos fases dan como resultado un espectro de alta frecuencia que puede perturbar otros equipos si el blindaje no es suficiente.

Anécdotas

• La dirección de los RT se lee solo una vez cuando se encienden. Esta regla es consecuencia de las pérdidas de direcciones que se produjeron en las primeras versiones del bus. Estas pérdidas de habilidad se debieron a las vibraciones generadas por el uso de armas a bordo en helicópteros de combate.
• Este autobús se utiliza en el metro de Londres .
• Este bus se utiliza en determinados satélites de telecomunicaciones y observación.

Sistemas similares

DIGIBUS (o Digibus) es el equivalente francés del estándar MIL-STD-1553

Es similar al estándar MIL-STD-1553, tiene el mismo concepto de controlador de bus, terminal remoto, monitor y la misma velocidad en baudios.

La principal diferencia es que DIGIBUS separa físicamente los datos y los comandos. [1]

'GJV289A es el equivalente chino de MIL-STD-1553 y GOST R 52070-2003 es el equivalente ruso / soviético de MIL-STD-1553. [2]

Referencias

1. ESA MilBus Mil-STD-1553
2. corot p33 / 34
3. corot p5
4. corot p5 / 6
5. corot p3
6. corot p8
7. corot p1
8. OBCDH

enlaces externos

• (es) "  El estándar MIL-STD-1553B  " ,21 de septiembre de 78(consultado el 4 de julio de 18 )

• (en) “  http://www-corot.obspm.fr/COROT-ETC/Files/1553_overview.pdf  ” (consultado el 19 y 10 de diciembre )
• (en) "  ARQUITECTURAS DE SISTEMAS DE DATOS A BORDO  " (consultado el 31 de agosto de 19 )