機(jī)載RS422總線采集技術(shù)應(yīng)用研究

隨著航空電子系統(tǒng)的發(fā)展，對航空數(shù)據(jù)總線的要求越來越高，加速了航空數(shù)據(jù)總線的發(fā)展，航空數(shù)據(jù)總線的發(fā)展情況決定了飛機(jī)電子系統(tǒng)綜合化程度的高低。

機(jī)載總線通訊技術(shù)的應(yīng)用可提高整個航電系統(tǒng)的性能、可擴(kuò)展性、可靠性、可維護(hù)性和可升級性。機(jī)載RS422 是一種協(xié)議簡單、構(gòu)建方便的總線，可滿足大多數(shù)航電系統(tǒng)的應(yīng)用需求。因此，越來越多的航電系統(tǒng)采用了RS422傳輸協(xié)議，本文描述常見的RS422協(xié)議的同時，還研究了一些特殊的機(jī)載RS422協(xié)議的采集方式。

RS422串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議傳輸模式

RS422是屬于通用異步串行接口（UART）協(xié)議中的一種，按照標(biāo)準(zhǔn)的波特率完成雙向的通訊。其工作原理是將總線數(shù)據(jù)字符通過起始位標(biāo)志開始傳輸，收到停止位標(biāo)志停止，總線數(shù)據(jù)字符之間不需要固定時間間隔要求?？偩€傳輸原理如圖1所示。

圖1中的數(shù)據(jù)位，起始位，停止位，奇偶校驗(yàn)位和波特率是RS422總線通訊的幾個要素。在KAM500編程中，需要對上述幾個要素進(jìn)行正確的設(shè)置才能夠采集到RS422總線通訊數(shù)據(jù)。

實(shí)際試飛中不同類型機(jī)載RS422總線信號分析與研究

機(jī)載RS422總線通訊消息塊分類

圖1 RS422傳輸格式

根據(jù)機(jī)載RS422總線通訊協(xié)議的特點(diǎn)，其消息塊主要分為以下3種類型：

1. 每條總線上只有一個消息塊，其消息塊長度為固定值或者可變。

2. 每條總線上有多個消息塊，消息塊的塊標(biāo)識不同，每個消息塊的長度固定或者長度可變，每個消息塊根據(jù)要求有各自獨(dú)立的結(jié)束標(biāo)識。

總線上消息塊長度小于9，且內(nèi)容中出現(xiàn)了同步頭

機(jī)載RS422總線通訊數(shù)據(jù)塊分析

“育人”主要反映教師的管理工作尤其是學(xué)生管理工作取得的業(yè)績。有關(guān)評價要素包括：管理工作年限；在師德和管理方面獲得的表彰；育人管理方面的研究成果；指導(dǎo)學(xué)生取得的成績。其中，除了“管理工作年限”的認(rèn)可度為中等外，其他評價要素的認(rèn)可度均為高。

當(dāng)RS422協(xié)議屬于第1種的時候，消息塊長度為固定值，選擇采用長度采集的方式，消息塊長度為變長時，選擇塊末尾判讀的方式，進(jìn)行采集；

當(dāng)RS422屬于第2種情況的時候，則需要在一個通道下編輯多個消息塊，每個消息塊選擇同一個通道，依據(jù)消息塊長度是否可變或數(shù)據(jù)塊是否有結(jié)束標(biāo)志，選擇相應(yīng)的采集方式；

當(dāng)RS422屬于第3種情況的時候，本文在下一節(jié)會詳細(xì)介紹。

機(jī)載RS422總線通訊協(xié)議的同步頭研究

RS422總線采集的關(guān)鍵是同步頭的設(shè)置，同步頭如果沒有設(shè)置正確，就會采集不到數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)塊大小設(shè)置錯誤，一般只是造成部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，造成的后果相對小一些。廠家根據(jù)各自通信系統(tǒng)會提供不同類型的同步頭，同步頭根據(jù)難易程度可以分為以下兩大類：

a） 同步頭直接給出如：2B、7E、AA55、BB44，這種情況在軟件設(shè)置中直接填寫就行。此類同步頭的優(yōu)點(diǎn)是同步頭簡潔，編寫方便；缺點(diǎn)是由于同步頭簡單數(shù)據(jù)中出現(xiàn)跟同步頭一樣的字符概率相對較大，數(shù)據(jù)采集出錯現(xiàn)象概率高。

b） 同步頭需要根據(jù)提供的文件協(xié)議及KAM500采集器RS422模塊的性能換算出合適的同步頭。此類協(xié)議如SLIP協(xié)議其同步頭為4個字節(jié)，一些特殊協(xié)議的同步頭達(dá)到了12個字節(jié)。同步頭占用字節(jié)數(shù)越多，數(shù)據(jù)內(nèi)容出現(xiàn)跟同步頭字符一樣的情況就越少，而KAM500采集器RS422模塊同步頭最多只能設(shè)置8個字節(jié)，當(dāng)同步頭字節(jié)數(shù)大于8時，需要根據(jù)實(shí)際情況縮短同步頭并要保證數(shù)據(jù)采集正確。

機(jī)載RS422總線采集的軟件編程設(shè)置

兩種采集模塊的主要區(qū)別和原理

KAM500采集系統(tǒng)采用數(shù)字化背板，以分布式主輔鏈接結(jié)構(gòu)、能夠有效避免通道之間的干擾，而每路數(shù)據(jù)采集通道擁有獨(dú)立的A/D模塊，能夠完美地實(shí)現(xiàn)同步采集數(shù)據(jù)。

機(jī)載RS422總線采用KAD/UAR/002和KAD/ UAR/102模塊進(jìn)行總線采集，每種采集模塊具有四路數(shù)據(jù)通道。對于數(shù)據(jù)塊，當(dāng)采集到正確的數(shù)據(jù)同步頭時就采集，并以數(shù)據(jù)塊的長度或結(jié)束標(biāo)識作為采集結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

兩種機(jī)載RS422總線采集模塊區(qū)別如下表所示，原理見圖2。

表1 兩種RS422總線采集模塊區(qū)別

KAM軟件中RS422模塊的編程方法

在機(jī)載KAM軟件中，兩種RS422采集模塊編程設(shè)置如圖3所示。

通道：選擇板卡中的哪個通道來進(jìn)行采集設(shè)置；

波特率：根據(jù)需要采集的RS422總線的通訊波特率進(jìn)行設(shè)置；

比特?cái)?shù)：設(shè)置采集RS422總線數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)位數(shù)；

校驗(yàn)方式：主要有無校驗(yàn)，奇校驗(yàn)及偶校驗(yàn)幾種方式。

首先先對上述設(shè)置進(jìn)行編程，再對數(shù)據(jù)塊名稱，同步頭長度或者數(shù)據(jù)塊的結(jié)束標(biāo)志根據(jù)被采集的機(jī)載RS422總線的ICD文件來確定。

上述的設(shè)置可以滿足目前絕大多數(shù)廠家設(shè)計(jì)的機(jī)載RS422總線協(xié)議，在某型飛機(jī)實(shí)際測試中，遇到了同步頭比較簡單，且內(nèi)容中也出現(xiàn)了同步頭相同的字節(jié)，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，這種現(xiàn)象在以前的機(jī)載測試中沒有遇到過，當(dāng)時解決的方法采用了同步頭和內(nèi)容第一個字節(jié)組合成同步頭，但這種方法是第一個字節(jié)要固定不變才是可行的，并不能完全解決數(shù)據(jù)采集故障。

針對這種情況，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了詳細(xì)仿真分析，根據(jù)KAM軟件要求，機(jī)載RS422塊長度不能小于9個字節(jié)，在消息塊小于九個字節(jié)的情況下會出現(xiàn)KAM500采集RS422總線時會出現(xiàn)把內(nèi)容中與同步頭相同字節(jié)當(dāng)做同步頭，從而導(dǎo)致采集出錯。

仿真實(shí)例：同步頭設(shè)置55，塊大小為5個字節(jié)，內(nèi)容第一個字節(jié)為44，采用字遞進(jìn)1的方式仿真，根據(jù)KAM500采集規(guī)則，塊大小要大于等于9，所以設(shè)置字節(jié)大小為10，通過仿真界面可以發(fā)現(xiàn)第一次采集時為正確數(shù)值：

55 54 55 56 57 55 54 55 56 57

接著下一個周期時采集出現(xiàn)錯誤，數(shù)值為：55 56 57 55 54 55 56 57 55 54

通過分析出錯情況，發(fā)現(xiàn)主要是采集板卡對于真正同步頭的區(qū)分沒有依據(jù)，針對這個新的問題，通過重新查看機(jī)載RS422 ICD文件，發(fā)現(xiàn)除了同步頭、數(shù)據(jù)塊大小、奇偶校驗(yàn)類型和波特率等最基本的要素外，還有一項(xiàng)數(shù)據(jù)更新速率40HZ，但是這個更新速率在以前機(jī)載RS422采集測試中沒被采用過，再分析編程界面發(fā)現(xiàn)有同步間隔選項(xiàng)（Sync Interval），如圖3 所示，在以前機(jī)載RS422采集過程是不被采用的一個選項(xiàng)。

是不是可以把更新速率當(dāng)做一個真正同步頭傳輸?shù)囊粋€判據(jù)，為此本文設(shè)置了同步間隔選項(xiàng)，通過仿真界面發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集正確：

55 54 55 56 57 55 54 55 56 57 55 54 55 56 57 55 54 55 56 57 ……

圖2 兩種RS422 總線采集模塊原理圖

圖3 機(jī)載KSM軟件RS422模塊編程界面

總結(jié)

機(jī)載RS422數(shù)據(jù)總線技術(shù)是現(xiàn)在飛機(jī)經(jīng)常采用的一種總線技術(shù)，文章先簡述了RS422數(shù)據(jù)總線的接口標(biāo)準(zhǔn)及其傳輸模式，針對實(shí)際試飛過程中機(jī)載RS422通訊協(xié)議的特點(diǎn)，對其注意事項(xiàng)進(jìn)行了深入研究，闡述了兩種機(jī)載RS422采集模塊的使用注意事項(xiàng)件，針對機(jī)載RS422數(shù)據(jù)總線采集過程遇到的實(shí)際問題，通過飛行實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行地面仿真，提出了正確的解決方案，保證了科研試飛的正常進(jìn)行，本文提出的方法對機(jī)載工程師處理類似問題提供了現(xiàn)實(shí)可行的依據(jù)，具有重要的實(shí)際工程價值。