MIL-STD-1553
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1. 개요
MIL-STD-1553은 군용 항공기 및 기타 군사 시스템에서 사용되는 디지털 시분할 명령/응답 멀티플렉스 데이터 버스 표준이다. 1975년에 처음 발표된 MIL-STD-1553A를 갱신하여 1978년에 발간된 MIL-STD-1553B가 널리 사용되며, 2018년 개정판인 MIL-STD-1553C가 최신 버전이다. 이 표준은 미국 국방부와 자동차 기술 협회에서 관리하며, 이중화된 버스 구조를 통해 높은 신뢰성을 제공한다. MIL-STD-1553은 버스 컨트롤러, 원격 터미널, 버스 모니터, 백업 버스 컨트롤러 등의 구성 요소를 가지며, 데이터 전송은 버스 컨트롤러의 제어 하에 이루어진다.
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| MIL-STD-1553 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | MIL-STD-1553 |
| 유형 | 미국 군사 표준 |
| 개발 기관 | 미국 국방부 (DoD) |
| 목적 | 디지털 시리얼 데이터 버스 |
| 상태 | 폐기 (대체 표준 존재) |
| 기술 사양 | |
| 통신 방식 | 차동 신호 |
| 데이터 전송 속도 | 1 Mbit/s |
| 버스 토폴로지 | 선형 (Linear) |
| 최대 연결 장치 수 | 31개 |
| 전송 매체 | 차폐 연선 |
| 전압 레벨 | ±5V (차동) |
| 인코딩 방식 | 맨체스터 부호화 |
| 프로토콜 | 중앙 집중식 제어 명령/응답 프로토콜 |
| 특징 | |
| 주요 특징 | 실시간 성능 높은 신뢰성 잡음 내성 |
| 장점 | 시스템 통합 용이 데이터 무결성 보장 |
| 단점 | 제한된 대역폭 비교적 높은 비용 |
| 활용 | |
| 주요 사용 분야 | 군용 항공기 군함 미사일 시스템 우주선 |
| 사용 예시 | F-16 전투기 AH-64 아파치 헬리콥터 사이버그 보급 화물선 미그-35 JAS 39 그리펜 |
| 대체 표준 | |
| 대체 표준 | MIL-STD-1773, ARINC 429, IEEE 1394 |
2. 버전 (Revision)
MIL-STD-1553B는 1978년에 1975년 MIL-STD-1553A 규격을 갱신하여 발간되었다. 1553B는 1553A와 달리 옵션을 명확하게 정의했는데, 이는 사용자가 옵션을 직접 정의하는 것보다 낫다는 판단 때문이었다. 규격 제정 전에는 사용에 불편한 점이 있었고, 새로운 응용 제품마다 하드웨어와 소프트웨어를 다시 설계해야 했다. 1553B의 주요 목적은 재설계 없이 유연성을 제공하는 것이었다. 이를 위해 전기적 인터페이스를 외부적으로 정의하여, 다른 제작 업체 간 설계 차이로 인한 전기적 호환성 문제를 해결했다.
1553B 표준은 1978년에 5개의 변경 사항이 발표되었다. 예를 들어, 1986년 변경 공지 2에서는 문서 제목이 "Aircraft internal time division command/response multiplex data bus"에서 "Digital time division command/response multiplex data bus"로 변경되었다.
MIL-STD-1553는 미국 국방성과 자동차 기술 협회(SAE)의 항공 분과에서 관리한다.
2. 1. MIL-STD-1553A
MIL-STD-1553A는 1975년에 발표된 초기 버전이다.[7]2. 2. MIL-STD-1553B
1978년에 발표된 MIL-STD-1553B는 1975년 MIL-STD-1553A 규격을 갱신한 것이다.[7] 1553A와 1553B의 기본적인 차이점은 1553B에서는 옵션을 사용자가 필요에 따라 정의하도록 남겨두는 대신, 명확하게 정의했다는 점이다. 이는 표준에서 항목을 정의하지 않으면 사용에 대한 조정이 제대로 이루어지지 않는다는 것을 발견했기 때문이다. 이전에는 각 새로운 응용 분야에 맞게 하드웨어와 소프트웨어를 다시 설계해야 했다. 1553B의 주요 목표는 각 새로운 사용자를 위해 새로운 설계를 만들지 않고 유연성을 제공하는 것이었다. 이는 서로 다른 제조업체의 설계 간의 전기적 호환성을 보장할 수 있도록 전기적 인터페이스를 명시적으로 지정함으로써 달성되었다.1978년 이후 이 표준에 대한 6개의 변경 공지가 발표되었다.[7] 예를 들어, 1986년의 변경 공지 2에서는 문서의 제목이 "항공기 내부 시분할 명령/응답 멀티플렉스 데이터 버스"에서 "디지털 시분할 명령/응답 멀티플렉스 데이터 버스"로 변경되었다.
2. 3. MIL-STD-1553C
'''MIL-STD-1553C'''는 2018년 2월에 이루어진 마지막 개정판이다. 개정 C는 개정 B와 기능적으로 동일하지만, 표준의 가독성을 높이기 위해 그래픽과 표를 업데이트했다.[8]2. 4. 표준 관리 기관
MIL-STD-1553는 미국 국방성과 자동차 기술 협회(SAE)의 항공우주 부서에서 관리한다.[7]3. 물리 계층 (Physical Layer)
MIL-STD-1553 버스는 여러 개의 독립적인 와이어 페어(wire pair)를 사용하여 이중 또는 삼중으로 구성될 수 있으며, 모든 장치는 모든 버스에 연결된다.[9] 현재 마스터 컨트롤러에 고장이 발생하면 새로운 버스 제어 컴퓨터를 지정할 수 있다. 일반적으로 보조 비행 제어 컴퓨터는 주 데이터 버스를 통해 마스터 컴퓨터 및 항공기 센서를 모니터링한다.
광섬유를 사용하는 다른 버전의 버스는 무게가 덜 나가고, 전자기 펄스(EMP)를 포함한 전자기적 간섭에 대한 저항이 더 좋다. 이것은 MIL-STD-1773으로 알려져 있다.[9] NASA의 "AS 1773" 실험은 1Mbit/s 또는 20Mbit/s의 이중 속도를 갖는다.[10]
3. 1. 케이블 및 커넥터
단일 버스는 와이어 페어(wire pair)로 구성되는데 1 MHz에서 70–85 Ω 임피던스를 가지며, 통상 78Ω을 사용한다. 원형 커넥터를 사용할 때, 중앙 핀은 하이(high, positive) 맨체스터 bi-phase signal에 사용된다. 전송기와 수신기는 전원장치 차폐 트랜스를 통해 버스에 연결되고, 나머지 연결은 한 쌍의 isolation 저항과 하나의 coupling transformer를 사용하여 분화된다.[9]이는 회로 합선의 충격을 줄이고, 버스가 비행체를 통해 전류를 전도시키지 않도록 보장한다. 맨체스터 코드는 같은 와이어 페어(wire pair)에서 클럭과 데이터를 모두 나타내는 데 사용된다. 그리고 (트랜스를 통과할 수 없는) 시그널 속에 있는 어떠한 DC component라도 제거한다. bit rate는 1.0 메가비트 매초 (1 μs당 1비트)이다. 비트 전송률의 결합된 정확도와 장기적인 안정성은 ±0.1% 이내로만 지정되며, 단기 클럭 안정성은 ±0.01% 이내여야 한다. 송신기의 피크 간 출력 전압은 18–27V이다.[9]
버스는 여러 개의 독립적인 와이어 쌍을 사용하여 이중 또는 삼중 중복으로 만들 수 있으며, 모든 장치는 모든 버스에 연결된다. 현재 마스터 컨트롤러의 고장 시 새로운 버스 제어 컴퓨터를 지정할 수 있는 기능이 있다. 일반적으로 보조 비행 제어 컴퓨터는 메인 데이터 버스를 통해 마스터 컴퓨터 및 항공기 센서를 모니터링한다. 버스의 다른 버전은 광섬유를 사용하며, 이는 무게가 적게 나가고 EMP를 포함한 전자기 간섭에 대한 저항이 더 좋다. 이것은 MIL-STD-1773으로 알려져 있다.[9]
3. 2. 신호 특성
단일 버스는 1MHz에서 70–85 Ω 임피던스를 갖는 와이어 페어(wire pair)로 구성된다. 원형 커넥터를 사용할 때, 중앙 핀은 하이(positive) 맨체스터 바이페이즈 신호에 사용된다. 송신기 및 수신기는 절연 변압기를 통해 버스에 연결되며, 스텁 연결은 한 쌍의 절연 저항과 선택적으로 커플링 변압기를 사용하여 분기된다. 이는 단락의 영향을 줄이고 버스가 항공기를 통해 전류를 전달하지 않도록 보장한다. 맨체스터 코드는 동일한 와이어 쌍에서 클럭과 데이터를 모두 표시하고 신호의 직류 성분을 제거하는 데 사용된다(이는 변압기를 통과할 수 없다). 비트 전송률은 1.0 메가비트 매초 (1 μs당 1비트)이다. 비트 전송률의 결합된 정확도와 장기적인 안정성은 ±0.1% 이내로만 지정되며, 단기 클럭 안정성은 ±0.01% 이내여야 한다. 송신기의 피크 간 출력 전압은 18–27V이다.[9]3. 3. 이중화 (Redundancy)
버스는 여러 개의 독립적인 와이어 쌍을 사용하여 이중 또는 삼중으로 구성될 수 있으며, 모든 장치는 모든 버스에 연결된다.[9] 현재 마스터 컨트롤러에 고장이 발생하면 새로운 버스 제어 컴퓨터를 지정할 수 있다. 일반적으로 보조 비행 제어 컴퓨터는 주 데이터 버스를 통해 마스터 컴퓨터 및 항공기 센서를 모니터링한다.4. 버스 프로토콜 (Bus Protocol)
MIL-STD-1553 버스는 여러 개의 원격 터미널(RT)을 제어하는 하나의 버스 컨트롤러(BC)로 구성된다. 메시지는 하나 이상의 16비트 워드(명령, 데이터, 상태)로 이루어지며, 각 워드는 3μs의 동기 펄스와 홀수 패리티 비트를 가진다. 실제 각 워드는 20비트(동기 3비트, 페이로드 16비트, 패리티 비트 1비트)로 구성된다. 메시지 내 워드들은 연속적으로 전송되며, 메시지 간에는 4μs의 간격이 존재한다. 장치는 4~12μs 내에 응답해야 하며, 14μs 이내에 응답하지 않으면 메시지를 받지 않은 것으로 간주된다.[1]
버스 안에서의 모든 통신은 BC의 통제 하에 이루어지며, BC에서 RT로 보내는 명령에 기초하여 전송과 수신을 한다. BC에서 터미널로 데이터를 전송하는 워드의 시퀀스는 다음과 같다.[1]
:master.command(terminal)→ terminal.status(master)→ master.data(terminal)→ master.command(terminal)→ terminal.status(master)
터미널 간 통신은 다음과 같다.
:master.command(terminal_1)→ terminal_1.status(master)→ master.command(terminal_2)→ terminal_2.status(master)→ master.command(terminal_1)→ terminal_1.data(terminal_2)→ master.command(terminal_2)→ terminal_2.status(master)
이는 RT 간 전송 동안 통신이 BC에 의해 이루어짐을 의미한다. 데이터는 통신을 초기화하는 RT의 버퍼에 저장되고, BC는 이 데이터를 읽어 목적지 RT의 버퍼에 쓴다.[1]
터미널 장치는 자체적으로 데이터 전송을 시작할 수 없다. 터미널로부터의 전송 요청은 BC에 의해 제어되며, 터미널은 대기한다. 높은 우선순위 기능은 더 자주 폴링된다. 표준은 특정 타이밍을 명시하지 않고 시스템 설계자에게 맡긴다.[1]
BC와 RT 사이에는 다섯 가지 트랜잭션이 존재한다.[1]
1. '''데이터 수신:''' BC는 command 워드를 보내고, 즉시 1~32개의 data 워드가 붙는다. RT는 Status 워드를 BC에 돌려준다.
2. '''데이터 송신:''' BC는 command 워드를 RT에 보낸다. RT는 Status 워드와 1~32개의 워드를 BC로 보낸다.
3. '''광역 데이터 송신:''' (1553B에 추가) BC는 broadcast 타입 커맨드를 의미하는 31개의 Terminal Address를 포함하는 command 워드를 보낸다. 그 뒤에 0~32개의 data 워드가 따른다. 모든 RT는 데이터를 받지만 응답은 보내지 않는다.
4. '''Mode Code:''' BC는 Mode Code 타입 커맨드를 나타내는 0 또는 31개의 Subaddress를 포함하는 워드를 보낸다. 이 커맨드 뒤에는 워드가 따라올 수도, 그렇지 않을 수도 있다. RT는 Status 워드를 응답으로 돌려준다.
5. '''RT 간 전송:''' BC는 Receive data command를 내보내고, 그 뒤에 Transmit data command가 따른다.
커맨드 워드는 다음과 같이 구성된다.[1]
| Remote Terminal address (0 - 31) | Receive or Transmit | Location (subaddress) of data (1 - 30) | Number of words to expect (1 - 32) | ||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
- 처음 5비트: Remote Terminal address (0~31)
- 6번째 비트: 수신(0), 송신(1)
- 다음 5비트: 데이터를 받거나 보낼 위치(subaddress) (1~30, 0과 31은 Mode Code로 예약)
- 마지막 5비트: 다음에 올 워드의 개수 (1~32, 모두 0이면 32 워드를 가리킨다). Mode Code일 경우, 이 비트들은 Mode Code 번호를 나타낸다.
Status 워드는 다음과 같이 판독한다.[1]
| Remote Terminal address | Single bit condition codes | ||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
- 처음 5비트: 응답하는 RT의 address
- 나머지: 상태 비트 코드. '1'은 상태가 참임을 나타낸다.
4. 1. 구성 요소
MIL-STD-1553 다중 데이터 버스 시스템은 버스 제어기(BC), 여러 개의 원격 터미널(RT), 그리고 하나 이상의 버스 모니터(BM)로 구성된다.- 버스 제어기(BC): 버스 상의 모든 통신을 제어한다. BC는 RT로 명령을 보내 데이터 송수신을 지시한다. RT는 자체적으로 데이터 전송을 시작할 수 없으며, BC의 폴링(polling)에 따라 응답한다.
- 원격 터미널(RT): BC의 명령에 따라 데이터를 송수신한다. 각 RT는 고유한 주소(0~31)를 가지며, BC는 이 주소를 사용하여 특정 RT와 통신한다.
- 버스 모니터(BM): 데이터 전송에 참여하지 않고, 버스 상의 데이터를 캡처하거나 기록하여 분석 등에 활용한다.
MIL-STD-1553B에서는 데이터 버스를 이중화하여 데이터 경로를 여러 개로 만드는 기능을 제공한다.
데이터 통신 방식
- 모든 통신은 BC의 제어 하에 이루어진다.
- 메시지는 하나 이상의 16비트 워드(명령, 데이터, 상태)로 구성된다.
- 각 워드는 맨체스터 코드로 전송되며, 3μs 동기 펄스와 홀수 패리티 비트가 포함된다.
- 메시지 내 워드 간 간격은 없으며, 메시지 간 간격은 최소 4μs이다.
- 장치는 4~12μs 이내에 응답해야 하며, 14μs 이내에 응답이 없으면 메시지를 받지 않은 것으로 간주된다.
데이터 전송 시퀀스 (BC와 RT 간)1. BC는 RT에게 명령 워드(command word)를 보낸다.
2. RT는 BC에게 상태 워드(status word)로 응답한다.
3. (데이터 송신의 경우) BC는 RT에게 데이터 워드(data word)를 보낸다.
4. BC는 다시 RT에게 명령 워드를 보낸다.
5. RT는 다시 BC에게 상태 워드를 보낸다.
데이터 전송 시퀀스 (RT 간)1. BC는 RT1에게 명령 워드를 보낸다.
2. RT1은 BC에게 상태 워드로 응답한다.
3. BC는 RT2에게 명령 워드를 보낸다.
4. RT2는 BC에게 상태 워드로 응답한다.
5. BC는 RT1에게 명령 워드를 보낸다.
6. RT1은 RT2에게 데이터 워드를 보낸다.
7. BC는 RT2에게 명령 워드를 보낸다.
8. RT2는 BC에게 상태 워드로 응답한다.
트랜잭션 유형BC와 RT 간, 또는 RT 간에는 다음과 같은 여섯 가지 유형의 트랜잭션이 가능하다.
1. '''데이터 수신(Receive data):''' BC → Command Word → 1~32 Data Word → RT → Status Word
2. '''데이터 송신(Transmit data):''' BC → Command Word → RT → Status Word → 1~32 Data Word
3. '''광역 데이터 송신(Broadcast data):''' BC → Command Word (Terminal Address 31) → 0~32 Data Word (모든 RT 수신, 응답 없음)
4. '''모드 코드(Mode Code):''' BC → Command Word (Subaddress 0 또는 31) → RT → Status Word → (데이터 워드가 있을 수도 없을 수도 있음)
5. '''RT 간 전송(RT to RT Transfer):''' BC → Receive Command Word → Transmit Command Word → RT1 → Status Word → 1~32 Data Word → RT2 → Status Word
명령 워드 (Command Word) 구조
| 원격 터미널 주소 (0 - 31) | 수신 또는 전송 | 데이터의 위치(서브 어드레스) (1 - 30) | 예상되는 단어 수 (1 - 32) | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
- 처음 5비트: 원격 터미널 주소 (0–31)
- 6번째 비트: 수신(0) 또는 전송(1)
- 다음 5비트: 서브 어드레스 (1–30, 0과 31은 모드 코드용)
- 마지막 5비트: 예상되는 단어 수 (1–32, 0은 32를 의미)
상태 워드 (Status Word) 구조
| 원격 터미널 주소 | 메시지 오류 | 계측 | 서비스 요청 | 예약됨 | 브로드캐스트 명령 수신됨 | 사용 중 | 서브시스템 플래그 | 동적 버스 수용 | 터미널 플래그 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
- 처음 5비트: 응답하는 원격 터미널의 주소
- 나머지 비트: 단일 비트 조건 코드 (일부는 예약됨)
4. 2. 메시지 형식
MIL-STD-1553 메시지는 하나 이상의 16비트 워드(명령, 데이터, 상태)로 구성된다. 각 워드는 3 μs 동기 펄스(데이터 워드는 1.5 μs low + 1.5 μs high, 명령 및 상태 워드는 반대)로 시작하고, 홀수 패리티 비트가 뒤따른다. 각 워드는 20비트(3비트 동기화 + 16비트 페이로드 + 1비트 홀수 패리티)로 구성된다. 메시지 내 워드는 연속 전송되며, 메시지 간 간격은 최소 4 μs이다. 장치는 4~12 μs 내에 응답해야 하며, 14 μs 이내 미응답 시 메시지 미수신으로 간주된다.- 명령 워드 (Command Word)
명령 워드는 버스 컨트롤러(BC)가 원격 터미널(RT)에게 특정 동작을 지시하기 위해 사용된다.
| 원격 터미널 주소 (0 - 31) | 수신 또는 전송 | 데이터의 위치(서브 어드레스) (1 - 30) | 예상되는 단어 수 (1 - 32) | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
- 구성 요소:
- 원격 터미널 주소 (Remote Terminal Address): 5비트 (0-31). 메시지를 수신할 RT를 지정한다.
- 송수신 비트 (Receive/Transmit): 1비트. 수신(0) 또는 송신(1) 지시.
- 서브 어드레스 (Subaddress): 5비트 (1-30). 터미널 내 데이터 위치 지정. (0과 31은 모드 코드용으로 예약)
- 단어 수/모드 코드 (Word Count/Mode Code): 5비트.
- 일반 메시지: 예상되는 데이터 워드 수 (1-32). 0은 32 워드를 의미.
- 모드 코드: 모드 코드 번호 지정 (예: 자체 테스트 시작).
- 데이터 워드 (Data Word)
데이터 워드는 실제 전송되는 데이터를 포함한다.
- 상태 워드 (Status Word)
상태 워드는 RT가 BC에게 자신의 상태 및 메시지 처리 결과를 알리는 데 사용된다.
| 원격 터미널 주소 | 메시지 오류 | 계측 | 서비스 요청 | 예약됨 | 브로드캐스트 명령 수신됨 | 사용 중 | 서브시스템 플래그 | 동적 버스 수용 | 터미널 플래그 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
- 구성 요소:
- 원격 터미널 주소: 5비트. 응답하는 RT의 주소.
- 상태 비트: 11비트. 단일 비트 조건 코드. '1'은 조건 참을 의미 (예: Message Error, Service Request). 여러 상태가 동시에 참일 수 있다. 일부 비트는 예약되어 있다.
4. 3. 통신 방식
MIL-STD-1553 버스의 통신은 버스 컨트롤러(BC)의 제어 하에 이루어진다. BC는 명령어(Command) 워드를 통해 특정 원격 터미널(RT)에게 데이터를 보내거나 받도록 지시한다.기본 통신 방식
- BC에서 RT로 데이터 전송:
1. BC는 RT에게 수신 명령을 보낸다. (command word)
2. RT는 상태(Status) 워드로 응답한다.
3. BC는 데이터를 RT로 보낸다. (data word)
- RT에서 BC로 데이터 전송:
1. BC는 RT에게 송신 명령을 보낸다.
2. RT는 상태 워드로 응답하고, 이어서 데이터를 BC로 보낸다.
- RT 간 데이터 전송:
1. BC는 첫 번째 RT (RT1)에게 수신 명령을 보낸다.
2. RT1은 상태 워드로 응답한다.
3. BC는 두 번째 RT (RT2)에게 수신 명령을 보낸다.
4. RT2는 상태 워드로 응답한다.
5. BC는 RT1에게 송신 명령을 보낸다.
6. RT1은 데이터를 RT2로 보낸다.
7. BC는 RT2에게 수신 명령을 보낸다.
8. RT2는 상태 워드로 응답한다.
데이터 전송의 신뢰성RT 간 통신에서도 BC가 중간에서 제어하여 데이터 전송의 무결성을 보장한다. 상태 워드는 데이터가 올바르게 도착했는지, 전송 결과가 허용 가능한지를 나타낸다.
폴링(Polling)터미널 장치(RT)는 자체적으로 데이터 전송을 시작할 수 없다. BC는 주기적으로 각 RT의 상태를 확인하고(폴링), 우선순위에 따라 데이터 전송을 제어한다. 높은 우선순위의 기능은 더 자주 폴링된다.
트랜잭션 유형BC와 RT 간에는 다음과 같은 다섯 가지 주요 트랜잭션 유형이 있다.
1. 데이터 수신 (Receive data): BC가 RT에게 데이터를 보내도록 지시한다.
2. 데이터 송신 (Transmit data): BC가 RT에게 데이터를 받도록 지시한다.
3. 광역 데이터 송신 (Broadcast data): BC가 모든 RT에게 데이터를 보내지만, RT는 응답하지 않는다. (MIL-STD-1553B에서 추가)
4. 모드 코드 (Mode Code): BC가 특수 기능(예: 자체 테스트)을 지시한다.
5. RT 간 전송 (RT to RT Transfer): BC의 제어를 통해 두 RT 간에 데이터를 주고받는다.
명령 워드 (Command Word) 구조명령 워드는 다음과 같이 구성된다.
| 비트 위치 | 설명 |
|---|---|
| 1-5 | 원격 터미널 주소 (0-31) |
| 6 | 수신(0) / 송신(1) |
| 7-11 | 서브어드레스 (데이터 위치, 1-30, 0과 31은 Mode Code용) |
| 12-16 | 데이터 워드 개수 (1-32, 0은 32를 의미) 또는 Mode Code 번호 |
상태 워드 (Status Word) 구조상태 워드는 다음과 같이 구성된다.
| 비트 위치 | 설명 |
|---|---|
| 1-5 | 응답하는 RT의 주소 |
| 6-16 | 상태 비트 (Message Error, Service Request 등) |
브로드캐스트 통신 (MIL-STD-1553B)MIL-STD-1553B는 브로드캐스트 통신을 지원한다. BC는 터미널 주소 31을 사용하여 모든 RT에게 데이터를 보내며, RT는 응답하지 않는다.
Mode CodeMode Code는 BC가 RT에게 특수 기능을 지시하는 데 사용된다. 서브어드레스 0과 31이 Mode Code에 할당되며, 데이터 워드가 함께 전송될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
4. 4. 에러 처리
MIL-STD-1553 버스 통신에서 에러 처리는 주로 버스 컨트롤러(BC)의 재시도(retry) 메커니즘을 통해 이루어진다. 원격 터미널(RT)이 상태 또는 예상 데이터를 전송하지 않거나, 상태 단어의 오류 비트 설정을 통해 문제를 나타내는 경우, BC는 전송을 재시도할 수 있다.재시도에는 다음과 같은 옵션이 있다.
- 즉시 재시도: 중복 데이터 버스 쌍의 다른 데이터 버스에서 즉시 재시도를 수행한다.
- 나중에 재시도: 동일한 버스에서 나중에 재시도를 수행한다.
이러한 재시도 메커니즘은 MIL-STD-1553의 높은 신뢰성을 보장하는 중요한 요소 중 하나이다. 데이터 전송 시퀀스 끝에 있는 상태 단어는 데이터가 올바르게 수신되었는지, 그리고 데이터 전송 결과가 허용 가능한지를 확인하는 역할을 한다.
RT가 상태를 전송하지 않거나, 오류가 발생했음을 나타내는 경우 BC는 전송을 재시도한다. 재시도는 즉시 또는 나중에 수행될 수 있으며, 즉시 재시도는 다른 데이터 버스를, 나중에 재시도는 동일한 버스를 사용한다.
표준은 특정 전송에 대한 특정 타이밍을 명시하지 않지만, 시스템 설계자가 이를 결정한다.
5. 구성 (Configuration)
MIL-STD-1553B 시스템은 일반적으로 다음과 같이 구성된다.
- 이중화된 MIL-STD-1553B 버스: 시스템의 모든 장치는 이중화된 ''쌍''의 버스에 연결되어, 기본 버스에 문제가 생길 경우 대체 데이터 경로를 제공한다. 버스 메시지는 한 번에 하나의 버스에서만 전송된다.[1]
- 버스 컨트롤러: 버스를 통해 모든 메시지 통신을 시작한다. 한 시점에 오직 하나의 버스 컨트롤러만 있을 수 있다.
- 백업 버스 컨트롤러: 주 버스 컨트롤러에 문제가 발생할 경우를 대비해 대기한다. 상태 워드와 모드 코드를 이용하여 주 버스 컨트롤러와 역할을 주고받을 수 있다.
- 원격 터미널: MIL-STD-1553B 데이터 버스와 연결된 하위 시스템 간의 인터페이스를 제공하거나, 서로 다른 MIL-STD-1553B 버스 간을 연결(브리지)한다.
- 버스 모니터: 버스 트랜잭션을 감시하고 기록하지만, 데이터 버스를 통해 메시지를 전송할 수는 없다. 버스 컨트롤러나 원격 터미널의 작동을 방해하지 않으며, 기록된 내용은 오프라인 분석에 사용될 수 있다.[1]
5. 1. 버스 컨트롤러 (Bus Controller)
MIL-STD-1553 버스에는 한 시점에 오직 하나의 버스 컨트롤러(BC)가 있다. 버스 컨트롤러는 버스를 통해 모든 메시지 통신을 개시한다.[1]버스 컨트롤러(BC)의 역할은 다음과 같다.[1]
- 로컬 메모리에 저장된 명령 리스트에 따라 동작한다.
- 다양한 원격 터미널(RT)이 메시지를 송수신하도록 명령을 보낸다.
- 원격 터미널(RT)로부터 수신한 모든 요청을 처리한다.
- 에러를 감지하고 복구한다.
- 에러 기록을 유지한다.
1553B 사양은 시스템의 모든 장치가 기본 버스의 손상 또는 고장 시 대체 데이터 경로를 제공하기 위해 이중화된 ''쌍''의 버스에 연결되도록 규정한다. 버스 메시지는 버스 제어기에 의해 결정되어 한 번에 하나의 버스에서만 전송된다.[1]
5. 2. 원격 터미널 (Remote Terminal)
원격 터미널(RT)은 다음 역할을 수행할 수 있다.- MIL-STD-1553B 데이터 버스와 연결된 서브시스템 간의 인터페이스 제공
- MIL-STD-1553B와 다른 MIL-STD-1553B 버스 간의 브리지(연결) 제공
예를 들어, 추적 중인 물체에서 RT는 관성항법 보조시스템(INS)으로부터 데이터를 얻어, 함께 작동하는 장치에 표시하기 위해 1553 버스를 통해 다른 RT로 보낸다. 더 간단한 예로는, 항공기의 전조등, 착륙등, 신호 표시기 등을 켜는 인터페이스가 있다.
'''원격 터미널 테스트 계획:'''
- '''RT 검증 테스트 계획'''은 AS15531과 Notice 2를 포함한 MIL-STD-1553B의 요구사항을 충족시키기 위해 디자인된 RT를 검증하기 위한 것이다. 이 테스트 계획은 원래 MIL-HDBK-1553, Appendix A에 정의되었고, MIL-HDBK-1553A, Section 100에서 업데이트되었으며, 현재는 SAE AS-1A Avionic Network Subcommittee에서 AS4111로 관리한다.
- '''RT 제품 테스트 계획'''은 검증 테스트 계획을 단순화한 것으로, RT의 제품 테스트를 위해 계획되었다. 이 테스트 계획은 SAE AS-1A Avionic Netowrk Subcommittee (AS4112)에서 관리한다.
5. 3. 버스 모니터 (Bus Monitor)
버스 모니터(BM)는 데이터 버스를 통해 메시지를 전송할 수 없다. BM의 주요 역할은 버스 컨트롤러 또는 원격 터미널(RT)의 작동을 방해하지 않고 버스 트랜잭션을 모니터링하고 기록하는 것이다. 이렇게 기록된 버스 트랜잭션은 나중에 오프 라인 분석을 위해 저장할 수 있다.[1]이상적으로 BM은 1553 데이터 버스를 통해 전송된 모든 메시지를 캡처하고 기록한다. 그러나 사용량이 많은 데이터 버스에서 모든 트랜잭션을 기록하는 것은 비현실적일 수 있으므로, BM은 응용 프로그램에서 제공하는 몇 가지 기준에 따라 트랜잭션의 하위 집합을 기록하도록 구성되는 경우가 많다.[1]
또는 BM은 백업 버스 컨트롤러와 함께 사용된다. 이를 통해 백업 버스 제어기는 활성 버스 제어기로 호출될 경우 "즉시 가동"할 수 있다.[1]
5. 4. 백업 버스 컨트롤러 (Backup Bus Controller)
MIL-STD-1553B 표준은 버스에 한 번에 하나의 버스 제어기(BC)만 있을 수 있지만, 상태 워드와 모드 코드를 사용하여 백업 버스 제어기(BBC 또는 BUBC)로의 핸드오버 메커니즘을 제공한다. 이는 특정 기능으로 인해 핸드오버가 발생하는 일반적인 작동 환경에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 항공기 외부에 있지만 버스에 연결된 BC로의 핸드오버 또는 그 반대의 경우가 있다.[1]
주 BC의 고장 및 실패 조건에서 핸드오버 절차는 일반적으로 주 BC와 백업 BC 간의 개별 연결과 작동 중 주 BC의 작동을 모니터링하는 백업 BC를 포함한다. 예를 들어, 활성 BC의 고장을 나타내는 버스에서 장기간의 정지가 발생하면 개별 연결로 표시된 다음 우선 순위가 높은 백업 BC가 제어권을 넘겨받아 활성 BC로 작동을 시작한다.[1]
6. 버스 하드웨어 특징
버스 하드웨어는 케이블, 버스 연결자(커플러), 종단 저항(터미네이터), 커넥터로 구성된다.
- 케이블: 업계 표준으로 78옴의 고유 임피던스를 가진 트윈액스 케이블이 사용된다. 케이블 컨덕터(전도자, 유도자)의 크기와 전송된 시그널의 시간 지연은 버스 최대 길이에 영향을 준다.
- 버스 연결자(커플러): 장비를 버스에 연결할 때 DC 절연 및 공통 모드 제거를 위해 사용되며, 신호 반향을 줄이고 임피던스 레벨을 유지하며 회로 합선 시 버스를 보호한다.[11] 변압기 결합 스텁과 직접 결합 스텁 두 가지 방식이 있으며, 변압기 결합 스텁이 여러 이점으로 인해 선호된다.[11] -- --
- 터미네이터(종단 저항): 버스 양 끝단에 78옴 터미네이터를 사용하여 신호 반향을 최소화하고 파형 왜곡을 방지한다.[1] 터미네이터를 사용하지 않으면 통신 신호가 변형되거나 간헐적 통신 실패가 발생할 수 있다.[1]
- 커넥터: 동축 트윈액스 베이요넷 스타일 커넥터가 주로 사용되며, 군용 항공기에서는 MIL-DTL-5015 및 MIL-DTL-38999 원형 커넥터가 사용된다.[1]
6. 1. 케이블 (Cabling)
MIL-STD-1553B는 데이터 버스가 70~85옴의 고유 임피던스를 가져야 한다고 명시했지만, 업계에서는 78옴을 표준으로 사용한다. 이와 관련하여 업계는 일반적으로 트윈액스 케이블(78옴의 고유 임피던스를 가짐)을 표준으로 사용한다.MIL-STD-1553B는 버스의 길이를 명시하지 않지만, 버스의 최대 길이는 케이블 컨덕터(전도자, 유도자)와 전송된 시그널의 시간 지연(time delay)과 직접적인 관련이 있다. 더 작은 컨덕터는 큰 컨덕터에 비해 시그널을 약화시킨다. 1553B의 전형적인 전달 지연(propagation delay)은 1.6 ns/ft이다. 그래서 양 끝단의 거리가 약 30.48m인 버스는 160ns(나노세컨드, 10억분의 1초)의 전달 지연이 생기는데, 이는 1553B 시그널의 rise time(펄스 진폭이 10%치에서 90%치에 이르기까지의 경과 시간, 오름시간)과 같다.
MIL-HDBK-1553A에 따르면, 시그널의 전달 지연 시간이 rise time이나 fall time의 50%보다 많으면, 전송 라인 효과(transmission line effects)를 고려해야 한다. 이 지연 시간은 확장된 거리에 비례한다. 또한 고려사항에는 전송자(transmitter)와 수신자(receiver)의 실제 거리, 그리고 전송자와 수신자의 개별적인 파형 특성이 포함되어야 한다.
MIL-1553B는 Stub들과 결합된 트랜스(transformer)를 위한 가장 긴 스텁(Stub) 길이를 약 6.10m로 명시했지만, 이를 초과할 수도 있다. Stub가 연결되어있지 않은 메인버스는 방해 반향없는 무한한 길이의 전송 라인같이 보인다. Stub가 추가되면, 버스는 로드되고, 결과 반영에 미스매치가 나타난다. 반향에 의한 미스매치와 신호 왜곡(signal distortion) 정도는 stub와 터미널 입력 임피던스에 의해 나타나는 임피던스의 작용이다. 신호 왜곡을 최소화하기 위해서는 stub가 높은 임피던스를 가지는 것이 바람직하다. 이 임피던스는 버스에게로 반영된다. 그러나 동시에 임피던스는 낮게 유지되어야 한다. 그래야 충분한 신호 강도(signal power)가 수신단으로 전달될 것이다. 그러므로, 특정한 signal-to-noise ratio(시그널을 노이즈로 나눈 값으로 log10으로 나타난다.)와 시스템 오류율 성능(system error rate performance)에 도달하는 데에는 이러한 충돌하는 요구사항의 교환이 필요하다.(더 많은 정보는 MIL-HDBK-1553A를 참조)
6. 2. 버스 연결자 (Bus Couplers)
버스 연결자(커플러)는 반향을 줄이고, 신호 임피던스 레벨을 유지하며, 회로 합선 시에 버스를 보호하는 역할을 한다. 장비를 버스에 직접 연결하면 DC 절연이나 공통 모드 제거를 제공하지 않기 때문에 피해야 한다. 커플러 없이 직접 연결하면 장치 내부 절연 저항과 메인 버스 사이에서 합선으로 인한 고장(shorting fault)이 발생할 경우 전체 버스에 고장을 유발할 수 있다.[11]트랜스(transformer) 외에도, 버스 커플러는 내장된 fault isolation 저항을 가지고 있어 스텁에서 회로 합선이 발생했을 때 메인 버스를 보호한다. 버스 컨트롤러, 버스 모니터, 원격 터미널을 포함한 모든 장비는 커플러의 스텁 끝에 연결되어야 한다.[11]
MIL-STD-1553B는 스텁을 버스에 연결하는 두 가지 방법으로 변압기 결합 스텁과 직접 결합 스텁을 정의한다. 변압기 결합 스텁은 결함 허용 오차, 버스 임피던스와의 더 나은 정합, 반사 감소 등의 이점 때문에 선호된다. MIL-STD-1553B 부록에서는 변압기 결합 스텁이 DC 절연, 공통 모드 제거 증가, 효과적인 스텁 임피던스 배가, 전체 스텁 및 터미널에 대한 결함 격리 등의 이점을 제공한다고 명시한다. 직접 결합 스텁은 가능한 피해야 하며, 하위 시스템 외부 터미널에 DC 절연이나 공통 모드 제거를 제공하지 않고, 내부 절연 저항과 메인 버스 접합부 사이의 단락 결함은 전체 버스 고장을 유발할 수 있다. 직접 결합 스텁 길이가 약 0.49m 이상 증가하면 메인 버스 파형이 왜곡될 수 있다.[11]
변압기 결합 스텁은 낙뢰로부터 1553 터미널을 보호하는 데에도 유리하다. 특히 알루미늄 외피가 아닌 복합재를 사용하는 최신 항공기에서는 절연이 더욱 중요하다.[11]
변압기 결합 스텁에서 스텁 케이블 길이는 약 6.10m을 초과해서는 안 되지만, 필요한 경우 초과할 수 있다. 결합 변압기는 1:1.41 ± 3.0%의 권선비를 가져야 하며, 두 저항 R은 0.75 Zo ± 2.0%의 값을 가져야 한다. (Zo는 1MHz에서 버스의 특성 임피던스)[11]
직접 결합 스텁에서 스텁 케이블 길이는 약 0.30m를 초과해서는 안 되지만, 필요한 경우 초과할 수 있다. 절연 저항 R은 55옴 ± 2.0%의 고정 값을 가져야 한다.[11]
RT, BC, BM에 대한 스텁은 일반적으로 커플링 박스를 통해 버스에 연결되며, 단일 또는 다중 스텁 연결을 제공할 수 있다. 커플링 박스는 필요한 차폐(≥ 75%)를 제공하며, 변압기 결합 스텁의 경우 커플링 변압기 및 절연 저항을 포함한다. 버스를 공급하는 두 개의 외부 커넥터와 스텁을 연결하는 하나 이상의 외부 커넥터를 가지며, 스텁 커넥터는 매칭 저항으로 종단 처리되지 않고 개방 회로로 유지해야 하며, 필요한 경우 블랭킹 캡을 사용한다. 버스 커넥터 중 하나는 버스 커플러가 버스 케이블의 물리적 끝에 있는 경우 종단될 수 있다.[11]
6. 3. 터미네이터 (Terminators)
버스의 양 끝단(하나의 커플러를 포함하든 여러 개의 커플러들이 같이 연결되어 있든)은 78옴의 터미네이터로 종결되어야 한다.[1] 전기적 종단의 목적은 파형 왜곡을 불러올 수 있는 신호 반향의 영향을 최소화하는 것이다.[1] 만일 터미네이터가 쓰이지 않는다면 통신 신호는 이상하게 변형되거나 간헐적인 통신 실패를 야기할 수 있다.[1]버스 양쪽 끝은, 하나의 커플러 또는 함께 연결된 일련의 커플러를 포함하는지 여부에 관계없이, "선택된 케이블 공칭 특성 임피던스(Zo) ± 2.0%와 동일한 저항"으로 종단 처리해야 한다(MIL-STD-1553B에 따라).[2] 이는 일반적으로 78옴이다.[2]
6. 4. 커넥터 (Connectors)
MIL-STD-1553 버스는 다양한 종류의 커넥터를 사용할 수 있지만, 가장 널리 사용되는 것은 동축 트윈액스 커넥터(concentric twinax connector)이다. 이 커넥터는 세 개의 베이요넷(bayonet) 결합 슬롯/러그를 가지고 있으며, BNC 커넥터와 같은 크기이다.[1]이 표준은 차폐 요구 사항 등을 제외하고는 커넥터 유형이나 배선 방식을 구체적으로 명시하지 않는다. 실험실 환경에서는 일반적으로 동축 트윈액스 베이요넷 스타일 커넥터가 사용된다. 이러한 커넥터는 표준 (BNC 크기), 소형 및 초소형 크기로 제공된다. 군용 항공기에서는 MIL-DTL-5015 및 MIL-DTL-38999 원형 커넥터가 주로 사용된다.[1]
7. 개발 툴 (Development Tools)
MIL-STD-1553을 개발하거나 문제를 해결할 때, 하드웨어 신호 검사는 매우 중요하다. 특히 전자 신호 문제를 찾아내는 데에는 프로토콜 해석 능력을 갖춘 로직 분석기, 버스 분석기, 프로토콜 분석기가 유용하다. 이러한 도구들은 신호를 수집, 분석, 해석하고 저장하여 파형을 빠르게 볼 수 있도록 돕는다.
8. 유사 시스템
GOST 26765.52-87과 그 후속 규격인 GOST R 52070-2003은 각각 소련과 러시아의 MIL-STD-1553B ''동등'' 규격이다. GJV289A는 MIL-STD-1553의 중화인민공화국 ''동등'' 규격이다. '''H009''' ('''MacAir H009'''라고도 함)는 1967년 맥도넬(McDonnell)에서 도입한 최초의 항공 전자 데이터 버스 중 하나로, 초기 F-15 전투기에 사용되었지만 소음 감도 및 기타 신뢰성 문제로 인해 MIL-STD-1553으로 대체되었다.
8. 1. 디지버스 (DIGIBUS)
'''디지버스''' (DIGIBUS, 또는 Digibus, GAM-T-101)는 MIL-STD-1553의 프랑스판이다. 버스 컨트롤러, 원격 단말기, 모니터, 동일한 전송 속도 등 MIL-STD-1553과 유사하지만, 디지버스는 데이터와 명령에 별도의 링크를 사용한다는 차이점이 있다.[16]8. 2. GOST 26765.52-87 / GOST R 52070-2003
GOST 26765.52-87과 그 후속 규격인 GOST R 52070-2003은 각각 소련과 러시아의 MIL-STD-1553B ''동등'' 규격이다.[16] 인코딩, 데이터 전송률, 워드 구조 및 제어 명령은 완전히 동일하다.8. 3. GJV289A
GJV289A는 MIL-STD-1553에 해당하는 중화인민공화국의 규격이다.[17] 이 시스템을 사용하는 항공기는 소련(GOST 버스)[17] 및 서방(MIL-STD-1553 버스) 무기를 모두 사용할 수 있다고 알려져 있다.[18]8. 4. H009 (MacAir H009)
'''H009''' ('''MacAir H009'''라고도 함)는 1967년 맥도넬(McDonnell)에서 도입한 최초의 항공 전자 데이터 버스 중 하나이다. 1 MHz 클럭을 사용하여 동기적으로 통신하며, 최대 16개의 주변 장치(PU)를 가진 중앙 제어 복합체(CCC)에 의해 제어되는 이중 중복 버스이다. H009는 초기 F-15 전투기에 사용되었지만, 소음 감도 및 기타 신뢰성 문제로 인해 MIL-STD-1553으로 대체되었다.[16]참조
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