INFORMATION INTERCHANGE MULTIPLEX CHANNEL MODULE

Full Text

Введение. В настоящее время в космических аппаратах в качестве межсистемной магистрали для связи отдельных бортовых систем с бортовым компьютером применяется мультиплексный канал обмена (МКО) по ГОСТ Р 52070-2003 и MIL-STD-1553B [1; 2]. Абоненты интерфейса МКО представлены тремя отдель-ными устройствами [3]: - контроллер шины (КШ) МКО, управляющий обменом информацией в интерфейсе, включая передачу команд в магистраль, прием и передачу слов данных (СД), прием и контроль ответной информации о состоянии оконечных устройств и абонентов [4]; - оконечное устройство (ОУ) МКО, функционирующее в соответствии с командами КШ, которое должно распознавать командные слова (КС) от КШ и отвечать на них, и выполнять команды управления; - монитор шины, осуществляющий отбор информации, передаваемой по информационной магистрали, техническое обслуживание, регистрацию параметров и анализ решаемых задач [5]. Блоки приборов космических аппаратов, выпускаемые предприятиями космической отрасли, чаще всего применяются в качестве ОУ при обмене информацией с бортовым компьютером. Реализуют это специальные автономные модули МКО. В настоящее время широко применяются модули производства ОАО «Субмикрон» [6] и ЗАО НТЦ «Модуль» [7-9]. Обзор модулей мультиплексного канала обмена. Модуль МО МКО производства ОАО «Субмикрон» (рис. 1) выполняет основные команды управления интерфейса обмена согласно ГОСТ Р 52070-2003. Конструктивно он состоит из дискретных элементов на керамической плате с планарными выводами. Для его функционирования требуются внешние электрорадиоизделия (ЭРИ). Кроме того, модуль содержит ЭРИ иностранного производства индустриального качества исполнения, и для его работы требуется питание от двух источников напряжения +5 и +12 В. В качестве альтернативы данному модулю в АО «НПЦ «Полюс» проведена разработка собственного модуля оконечного устройства. МОУ МКО (рис. 2), который базируется на СБИС Н1582ВЖ2-0361 производства НПО «Физика», (г. Москва), выполняет основные команды управления, предусмотренные ГОСТ Р 52070-2003, и формирует три признака в ответном слове [10]. Конструкция устройства представляет собой встраиваемый модуль, выполненный на печатной плате размером 75×75 мм. Питание осуществляется от двух источников напряжения +5 и +9 В. Рис. 1. Структурная схема МО МКО производства ОАО «Субмикрон»: МБИС - контроллер обмена; ППУ0, ППУ1 - приемопередающие устройства основного и резервного каналов; А0-А9 - шина адреса; D0-D15 - шина данных; API - сигнал активации шины; WR/RD - строб записи/чтения; GPW/GPR - сигнал готовности записи/чтения; SBS - сигнал сбоя обмена; CA/CB - сигналы управления; SR - сигнал начальной установки; N0-N4 - адрес ОУ; CLK - сигнал тактовой частоты; -M1-1, +M1-1, -M2-2, +M2-2 - линия МКО; Тр1, Тр2 - трансформаторы гальванической развязки; +5V/+12V/0V - выводы питания Рис. 2. Структурная схема МОУ МКО (Н1582ВЖ2-0361): TV1, TV2 - трансформаторы гальванической развязки Модуль функционирует в составе аппаратуры пользователя автономно, команды управления выполняет без участия аппаратуры пользователя, команды передачи данных выполняются через дублированную гальванически развязанную двунаправленную шину (основная/резервная магистраль). Интерфейс с внешним устройством представляет собой двунаправленную 12-разрядную шину данных, 10-разрядную шину адреса, управляемые сигналами сопровождения обмена WR/RD (строб записи/чтения), API (сигнал активации шины данных). Согласующее устройство параллельного интерфейса служит для сопряжения уровней сигналов ОУ с уровнями сигналов внешнего устройства. ОУ на базе СБИС Н1582ВЖ2-0361 в соответствии с рекомендациями производителя работает с приемопередатчиками 5559ИН13Т [11]. Однако данная микросхема имеет ряд недостатков. Во-первых, для реализации МКО одной микросхемы приемопередатчика недостаточно, приходится использовать две. Во-вторых, она не удовлетворяет жестким требованиям по стойкости к воздействию специальных факторов космического пространства, что накладывает ограничение на применение МОУ МКО в составе бортовой аппаратуры [12]. Исходя из вышесказанного, в АО «НПЦ «Полюс» был разработан модуль мультиплексного канала обмена информацией на основе СБИС Н1582ВЖ3В-0244, в котором устранены перечисленные недостатки (рис. 3). Он более соответствует логическому протоколу ГОСТ Р 52070-2003 и питается от одного источника напряжения +5 В. СБИС Н1582ВЖ3В-0244 способна работать со всеми десятью форматами сообщений, имеет увеличенный в два раза интервал обмена с подсистемой [13]. МОУ МКО представляет собой встраиваемую конструкцию, выполненную на печатной плате размером 75×75 мм (рис. 4). Приемопередатчики обеспечивают передачу информации биполярным фазоманипулированным кодом «Манчестер II» [14]. Резервирование линии передачи информации осуществляется на уровне приемопередатчиков. Трансформаторы гальванической развязки (Тр) предназначены для подключения МОУ МКО к магистральной шине. ОУ выполняет прием и дешифрацию командных слов КШ, формирует и выдает в канал ОС, выполняет команды управления КШ без участия аппаратуры пользователя, обеспечивает форматы сообщений 1, 2, 4 в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003. Обмен данными между модулем и внешним устройством происходит только по инициативе ОУ. ГОЧ синхронизирует обмен данными между МОУ МКО и контроллером шины по МКО и между МОУ МКО и внешним устройством по параллельному интерфейсу. ФУС формирует стробы записи WR и чтения RD, сигнал активизации шины параллельного интерфейса API, а также сигналы управления БВС и ОУ. БВС выполняет функцию самоконтроля ОУ. При получении команды управления «Начать самоконтроль ОУ» ОУ передает ОС и МОУ МКО переходит в соответствующий режим. При этом процедуры записи и чтения происходят следующим образом. По КС на запись, полученному с МКО, БВС фиксирует в регистре последнее СД. По КС чтения, полученному с МКО, МОУ МКО выдает данные из регистра БВС. В случае чтения нескольких СД выдается одно и то же записанное, последнее из них (рис. 5). В каждый момент времени функционирует только один информационный канал (основной или резервный), второй находится в ненагруженном состоянии. Адрес ОУ устанавливается замыканием внешних контактов МОУ МКО. Рис. 3. Структурная схема МОУ МКО (Н1582ВЖ3В-0244): М0-М4 - цепь сигналов установки адреса МОУ МКО; МОУ МКО - модуль оконечного устройства мультиплексного канала обмена; Тр - трансформаторы гальванической развязки; ОК - основной канал; РК - резервный канал; ГОЧ - генератор опорной частоты; ДЧ - делитель частоты; ОУ - оконечное устройство; ИН - инвертор; ПУ - преобразователь уровня; БВС - блок выполнения самоконтроля; ФУС - формирователь управляющих сигналов; A0-A9 - шина адреса; D0-D15 - шина данных; ПИ - параллельный интерфейс; WR - цепь строба записи; RD - цепь строба чтения; API - цепь сигнала активизации шины ПИ; CLK - цепь сигнала тактовой частоты 500 кГц В режиме записи информации (рис. 6) МОУ МКО выдает во внешнее устройство сигнал активизации шины «API» (после проверки ОУ командного слова на достоверность) и адрес на шину адреса. Разряды адреса А0-А4 образуются в счетчике слов ОУ, А5-А9 - разряды полученного КС (подадрес внешнего устройства). Через время t2 = 4 мкс ФУС формирует внутренний строб разрешения вывода данных ST для ОУ, МОУ МКО выдает данные на шину D0-D15. Через время t3 = 6 мкс от начала выдачи сигнала «API» модуль формирует сигнал записи «WR», стробируя передачу данных в выбранное внешнее устройство. После снятия сигнала «API» шина D0-D15 переводится в Z-состояние. В цикле записи МОУ МКО анализирует каждое принятое СД на достоверность с последующей записью во внешнем устройстве. В цикле чтения (рис. 7) МОУ МКО выдает во внешнее устройство сигнал активизации шины «API» (после проверки ОУ командного слова на достоверность), а на шину адреса «А0-А9» - адрес внешнего устройства. Разряды адреса А0-А4 формируются в счетчике слов ОУ, А5-А9 - разряды полученного КС (подадрес внешнего устройства). Через время t2 = 6 мкс МОУ МКО формирует сигнал чтения «RD», стробируя передачу данных из внешнего устройства на шину D0-D15. Через время t3 = 10 мкс от начала выдачи сигнала «API» ФУС формирует строб записи во внутренний буфер ОУ ST, МОУ МКО фиксирует прием данных из внешнего устройства. После снятия сигнала «API» шина D0-D15 переводится в Z-состояние. Разработанные модули мультиплексного канала обмена информацией прошли испытания на соответствие логического протокола обмена и электрических параметров заданным требованиям. В рамках логического протокола проведена проверка выполнения модулем команд управления «Передать ответное слово», «Блокировать передатчик», «Разблокировать передатчик», «Установить оконечное устройство в исходное состояние», «Начать самоконтроль» и других согласно ГОСТ Р 52070-2003. Проверены входные и выходные параметры сигналов, переходные процессы, возникающие в процессе включения, отключения питания, формирования логических уровней и т. д. [15], а также электромагнитная совместимость модуля с внешними устройствами. Диаграммы работы модуля при получении команд управления «Блокировать передатчик» и «Разблокировать передатчик» показаны на рис. 8. В качестве проверки выполнения данных команд по магистральному интерфейсу отправлялась команда «Передать ответное слово». Рис. 4. МОУ МКО на базе СБИС Н1582ВЖ3В-0244 Рис. 5. Временная диаграмма процедуры записи и чтения в режиме самоконтроля Рис. 6. Временная диаграмма записи одного СД по параллельному интерфейсу: t1 = 14 мкс; t2 = 4 мкс; t3 = 6 мкс; t4 = 8 мкс Рис. 7. Временная диаграмма чтения одного СД по параллельному интерфейсу: t1 = 14 мкс; t2 = 6 мкс; t3 = 10 мкс; t4 = 4 мкс Входные характеристики модуля МОУ МКО проверялись по следующим параметрам:  размах входного сигнала Uп;  длительность фронта входного сигнала tф;  длительность спада входного сигнала tс;  длительность импульса входного сигнала tи;  выбросы на вершине входного сигнала b1, b2. Параметры сигналов измерялись при подаче на модуль команды обмена данными на прием информации по магистральной шине (рис. 9). Параметры сигналов приведены в табл. 1. Проверка выходных характеристик модуля проводилась аналогичным образом, но с командой передачи данных (рис. 10). Параметры выходных сигналов модуля приведены в табл. 2. Заключение. Из приведенных результатов следует, что разработанный модуль МКО на базе СБИС Н1582ВЖ3В-0244 удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 52070-2003. В табл. 3 даны сравнительные характеристики МОУ МКО на базе СБИС Н1582ВЖ2 и Н1582ВЖ3В, а также модуля производства ОАО «Субмикрон». ОК КУ «Блокировать передатчик» РК КУ «Передать ОС» а КУ «Передать ОС» ОК КУ «Разблокировать передатчик» РК б Рис. 8. Реакция модуля на команду управления «Блокировать передатчик» (а), «Разблокировать передатчик» (б) Рис. 9. Входной сигнал, выдаваемый в модуль по линиям МКО Таблица 1 Результаты проверки входных параметров модуля Наименование параметра Значение параметра в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003 Значение параметра на основном канале Значение параметра на резервном канале Размах входного сигнала Uп, В 1,2-20,0 6,9 6,88 Длительность фронта входного сигнала tф, нс Не оговаривается 154 167,2 Длительность спада входного сигнала tс, нс Не оговаривается 154 168 Длительность импульса входного сигнала между точками пересечения нулевого уровня tи, нс 500 ± 150 494 497 1000 ± 150 996 996 1500 ± 150 1498 1496,8 2000 ± 150 1998,6 1991,6 Выброс на вершине входного сигнала b1, В Не оговаривается 0,1 0,09 Выброс на вершине входного сигнала b2, В Не оговаривается 0,05 0,11 Рис. 10. Выходной сигнал, выдаваемый модулем по линиям МКО Таблица 2 Результаты проверки выходных параметров модуля Наименование параметра Значение параметра в соответствии с ГОСТ Р 52070-2003 Значение параметра на основном канале Значение параметра на резервном канале Размах выходного сигнала Uп, В 6-9 7,44 7,37 Длительность фронта выходного сигнала tф, нс 100-300 102,0 113,2 Длительность спада выходного сигнала tс, нс 100-300 102,0 116,1 Длительность импульса выходного сигнала между точками пересечения нулевого уровня tи, нс 500 ± 25 498,0 497,8 1000 ± 25 998,4 999,2 1500 ± 25 1496,1 1497,8 2000 ± 25 1999,2 1998,8 Выброс на вершине выходного сигнала b1, В, не более ±0,3 0,17 0,16 Выброс на вершине выходного сигнала b2, В, не более ±0,3 0,17 0,17 Выходное динамическое напряжение сдвига Uост, мВ ±90 47 49 Таблица 3 Сравнительные характеристики модулей МКО Характеристика МО МКО (ОАО «Субмикрон») МОУ МКО (Н1582ВЖ2-0361) МОУ МКО (Н1582ВЖ3В-0244) Выполняемые команды управления по ГОСТ Р 52070-2003 «Передать ОС», «Блокировать передатчик», «Разблокировать передатчик», «Установить ОУ в исходное состояние», «Начать самоконтроль ОУ» «Передать ОС», «Блокировать передатчик», «Разблокировать передатчик», «Установить ОУ в исход-ное состояние», «Передать последнюю команду» «Передать ОС», «Блокировать передатчик», «Разблокировать передатчик», «Установить ОУ в исходное состояние», «Начать самоконтроль ОУ», «Передать последнюю команду», «Блокировать признак неисправности ОУ», «Разблокировать признак неисправности ОУ» Окончание табл. 3 Характеристика МО МКО (ОАО «Субмикрон») МОУ МКО (Н1582ВЖ2-0361) МОУ МКО (Н1582ВЖ3В-0244) Используемые признаки о состоянии ОУ в ответном слове «Ошибка в сообщении», «Абонент занят» «Ошибка в сообщении», «Принята групповая команда», «Неисправность ОУ» «Ошибка в сообщении», «Запрос на обслуживание», «Принята групповая команда», «Абонент занят», «Неисправность абонента», «Неисправность ОУ», «Принято управление интерфейсом» Мощность потребления, Вт, не более:  в активном режиме  в неактивном режиме 0,3 (+5 В), 0,6 (+12 В) 0,2 0,9 0,2 0,9 0,3 Масса, г 20 (48*) 65 65 Габаритные размеры, мм 50,536,45,0 (1006213,5*) 757511,8 757511,8 * - с учетом дополнительных ЭРИ, необходимых для работы. Исходя из приведенной таблицы, можно сделать вывод, что модуль МОУ МКО на базе СБИС Н1582ВЖ3В является усовершенствованной версией модуля МОУ МКО на базе СБИС Н1582ВЖ2. Он выигрывает в габаритных размерах в сравнении с МО МКО, для которого требуются дополнительные ЭРИ и два источника питания, имеет более широкий спектр обрабатываемых команд управления и используемых признаков в ответном слове, а также питается от одного источника напряжения, что упрощает работу. В его составе имеются все необходимые компоненты для автономной работы. В заключение можно сказать, что разработанный модуль оконечного устройства на базе СБИС Н1582ВЖ3В является актуальной альтернативой для применения в устройствах бортовой аппаратуры, использующих в качестве межблочной связи интерфейс магистрального канала обмена информацией (ГОСТ Р 52070-2003).

About the authors

S. A. Shcherbakov

SC “Scientific&Industrial Centre “Polyus”

Email: polus@online.tomsk.net
56v, Kirov Av., Tomsk, 634050, Russian Federation

V. V. Ignatovskiy

SC “Scientific&Industrial Centre “Polyus”

56v, Kirov Av., Tomsk, 634050, Russian Federation

S. Yu. Filonova

SC “Scientific&Industrial Centre “Polyus”

56v, Kirov Av., Tomsk, 634050, Russian Federation

References

Supplementary files