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商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線(Commercial Standard Digital Bus，以下簡稱CSDB總線)是由羅克威爾公司柯林斯通用航空電子分部制定的航空電子設(shè)備間互連的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于客機(jī)、軍用運(yùn)輸機(jī)等無線電設(shè)備之間的互聯(lián)通信。其廣泛應(yīng)用為機(jī)載航空電子設(shè)備的可靠性提供了保障，卻為機(jī)載電子設(shè)備的測試和維修帶來了不便，維修或測試人員不能通過傳統(tǒng)測試設(shè)備，如示波器、萬用表等完成總線數(shù)據(jù)的測試，而必須借助相關(guān)產(chǎn)品聯(lián)測才能完成某一UUT(Unit Under Test)的測試。本文基于此需求，分析和研究了CSDB總線的協(xié)議，并介紹了通過計算機(jī)的RS-232串口及相應(yīng)電平轉(zhuǎn)換電路，基于LabVIEW7.1軟件開發(fā)平臺實現(xiàn)的計算機(jī)與UUT的雙向通信。其中，支持通信的軟件實現(xiàn)是關(guān)鍵。 圖1 CSDB總線結(jié)構(gòu) CSDB總線協(xié)議簡介 CSDB總線體系結(jié)構(gòu)的物理層規(guī)定了總線的機(jī)械特性和電氣特性；數(shù)據(jù)鏈路層給出了數(shù)據(jù)幀的定義以及數(shù)據(jù)幀之間的定時要求，并對總線連接的各種航空設(shè)備的參數(shù)做出了詳細(xì)的規(guī)定。 物理層 CSDB是單向廣播式異步串行總線標(biāo)準(zhǔn)，它可以構(gòu)成單信源、多接收器的傳輸系統(tǒng)。總線數(shù)據(jù)采用NRZ編碼，全雙工差分方式傳輸。CSDB信號的數(shù)據(jù)格式與RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)完全相同，都為異步串行通信格式，即：一個起始位、八個數(shù)據(jù)位、一個奇偶校驗位、一個停止位，其電氣標(biāo)準(zhǔn)為RS-422-A。 數(shù)據(jù)鏈路層 CSDB總線是面向字節(jié)的傳輸協(xié)議，固定長度的字節(jié)組成消息塊，再由一定長度的消息塊組合成幀，封裝在數(shù)據(jù)幀中的不同數(shù)據(jù)通過各自的地址字節(jié)加以區(qū)別，不同的數(shù)據(jù)幀之間通過同步消息塊分割。CSDB總線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 在圖1中，消息塊(Message Block)的第一個字節(jié)Byte 0稱為標(biāo)識 (或地址)，消息塊都是通過標(biāo)識來區(qū)分的。消息塊的長度是固定不變的，為6字節(jié)。CSDB采用的是異步串行傳輸方式，通過起始位和停止位完成字節(jié)的位同步，因此，在編碼中不必帶有時鐘信息。幀同步通過識別同步消息塊6個字節(jié)的十六進(jìn)制“A5”來實現(xiàn)，同步消息塊標(biāo)識了每個數(shù)據(jù)幀的開始位置。 其中：t1=幀時間長=1/最大更新率 t2=消息塊間隙時間長(無限制) t3=總線空閑時間(最小11bit的時間) t4=字節(jié)間隙時長(無限制) CSDB總線信號測試 測試原理 對CSDB總線信號進(jìn)行測試，是先將CSDB信號電平轉(zhuǎn)換為和計算機(jī)適應(yīng)的RS-232電平，再根據(jù)CSDB總線的規(guī)則，實現(xiàn)對控制信息的正確發(fā)送和實時反饋信息的正確接收，并根據(jù)需要，將有用信息提出送測試系統(tǒng)處理，完成對航空機(jī)載設(shè)備的自動化測試。具體步驟分為信號電氣轉(zhuǎn)換、通信同步、LabVIEW實現(xiàn)。 圖2 CSDB總線信號通信原理框圖 通信配置 (1)電氣轉(zhuǎn)換 CSDB總線信號經(jīng)過電氣轉(zhuǎn)換芯片后直接與計算機(jī)進(jìn)行串口通信。在進(jìn)行RS-422-A到RS-232的電氣標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時，使用MAX488全雙工電平轉(zhuǎn)換芯片。 (2)通信同步 CSDB總線為異步串行通信，按照串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹恚瑢崿F(xiàn)正確通信的基本條件是保持接收和發(fā)送雙方時鐘一致，以避免發(fā)送與接收雙方的數(shù)據(jù)位寬產(chǎn)生累積誤差，造成不能正確檢測到總線數(shù)據(jù)。在串行通信中，信息是按位傳送的，傳送速率用波特率表示，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收受各自的時鐘控制，因此，發(fā)送方和接收方的波特率應(yīng)保持一致。經(jīng)對具體部品測試，CSDB數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)波特率為12.5Kbit/s，為與此同步，要求計算機(jī)產(chǎn)生的波特率也應(yīng)為12.5Kbit/s。 如圖2所示，在計算機(jī)中負(fù)責(zé)串行通信的器件為8250異步通信適配器(UART)，或其兼容元器件，程序通過對8250內(nèi)部的寄存器讀寫來控制通信模式，8250使用頻率為1.8432MHz的基準(zhǔn)時鐘輸入信號作為主數(shù)據(jù)時鐘，通過對8250內(nèi)部寄存器置位來獲得需要的波特率。在異步串行通信中，為防止由于信號畸形、不同步等原因造成對數(shù)據(jù)的誤讀，通信適配器規(guī)定每讀取或發(fā)送1bit數(shù)據(jù)至少要用16個時鐘脈沖來控制其波特率，實際應(yīng)用中波特率時鐘是主時鐘的1/16或1/(16×N)，對于要求的波特率，在寫寄存器時用如下公式計算除數(shù)因子： 除數(shù)因子=(主數(shù)據(jù)時鐘頻率/16)/波特率=115200/波特率 在算出除數(shù)因子后，將相應(yīng)數(shù)據(jù)寫入8250內(nèi)部的波特率設(shè)置寄存器，即可在串口得到相應(yīng)波特率的數(shù)據(jù)。經(jīng)計算，115200除以12500后不為整數(shù)，所以，受到計算機(jī)異步通信適配器8250的限制，在波特率設(shè)置上不能完全和12.5Kbit/s相同，經(jīng)計算，當(dāng)除數(shù)因子取9時對應(yīng)的波特率為12.8Kbit/s，與CSDB總線要求的波特率最為接近，其每bit占據(jù)78?S，相對80?S/bit(12.5Kbit/s)誤差為0.25％，小于串行通信波特率最大容許誤差5％，理論上可實現(xiàn)通信同步，因此在程序上將通信的波特率設(shè)置為12.8Kbit/s。 基于LabVIEW7.1的總線通信 用LabVIEW7.1編程來實現(xiàn)總線通信時，用戶不必對GPIB，RS-232，VXI等硬件有專門的了解，LabVIEW為用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口函 數(shù)庫，在Lab VIEW的Functions→All Functions→Instrument I/O中提供了GPIB、串口通信等各種函數(shù)模塊，為實現(xiàn)串口通信提供了便捷的實現(xiàn)方法。軟件流程如圖3所示。 圖3 串口通信軟件流程圖 軟件設(shè)計中的關(guān)鍵問題及解決方法 (1) 發(fā)送數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)多樣化解決方法 通過對系統(tǒng)中不同部品的實際測試發(fā)現(xiàn)，由于其互聯(lián)情況不同，相應(yīng)部品控制碼的幀結(jié)構(gòu)也不盡相同，同步字后跟1～4個控制消息塊不等，而在自動化測試系統(tǒng)中要求此通信軟件具有通用性。為此，將發(fā)送程序中控制消息塊接口設(shè)為最大(4個)，當(dāng)程序檢測到某一接口有數(shù)據(jù)輸入時就發(fā)送此數(shù)據(jù)，若沒有，則以相等長度的延時替代。這樣，在保證所有數(shù)據(jù)幀周期相同的情況下，滿足了不同部品控制碼的不同要求。 (2) 接收數(shù)據(jù)多重校驗 數(shù)據(jù)接收程序中，LabVIEW要求設(shè)置接收數(shù)據(jù)緩沖長度，程序在接收此長度數(shù)據(jù)后才能進(jìn)行后續(xù)處理。實際程序運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，如緩沖長度僅為一幀(24×8bit)，接收數(shù)據(jù)有可能誤接收。為避免此情況，將緩沖長度設(shè)置為一幀字長的4～6倍，在接收到數(shù)據(jù)后，再根據(jù)同步字、標(biāo)號等多重匹配原則進(jìn)行驗證后將數(shù)據(jù)取出，再將4～6組數(shù)據(jù)相比較，如相同，則認(rèn)為數(shù)據(jù)可信，如不相同，則認(rèn)為數(shù)據(jù)不可信。 結(jié)語 作CSDB總線數(shù)據(jù)測試時，可以方便通過界面改變需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)也可實時顯示出來，便于測試分析。把此程序封裝成一個子函數(shù)模塊，可應(yīng)用于某航空無線電自動測試系統(tǒng)中，基于對CSDB總線的收發(fā)控制，成功實現(xiàn)了VIR-32導(dǎo)航接收機(jī)、VHF-22 甚高頻電臺等相關(guān)產(chǎn)品的自動測試。 |
