本文分析和研究了CSDB總線的協議，并介紹了通過計算機的RS-232串口及相應電平轉換電路，基于LabVIEW7.1軟件開發平臺實現的計算機與UUT的雙向通信。其中，支持通信的軟件實現是關鍵。 圖1 CSDB總線結構 1 CSDB總線協議簡介 CSDB總線體系結構的物理層規定了總線的機械特性和電氣特性;數據鏈路層給出了數據幀的定義以及數據幀之間的定時要求，并對總線連接的各種航空設備的參數做出了詳細的規定。 1.1 物理層 CSDB是單向廣播式異步串行總線標準，它可以構成單信源、多接收器的傳輸系統。總線數據采用NRZ編碼，全雙工差分方式傳輸。CSDB信號的數據格式與RS-232-C標準完全相同，都為異步串行通信格式，即：一個起始位、八個數據位、一個奇偶校驗位、一個停止位，其電氣標準為RS-422-A。 1.2 數據鏈路層 CSDB總線是面向字節的傳輸協議，固定長度的字節組成消息塊，再由一定長度的消息塊組合成幀，封裝在數據幀中的不同數據通過各自的地址字節加以區別，不同的數據幀之間通過同步消息塊分割。CSDB總線數據結構如圖1所示。 在圖1中，消息塊(Message Block)的第一個字節Byte 0稱為標識 (或地址)，消息塊都是通過標識來區分的。消息塊的長度是固定不變的，為6字節。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個字節的十六進制“A5”來實現，同步消息塊標識了每個數據幀的開始位置。 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=字節間隙時長(無限制) CSDB總線信號測試 1.3 測試原理 對CSDB總線信號進行測試，是先將CSDB信號電平轉換為和計算機適應的RS-232電平，再根據CSDB總線的規則，實現對控制信息的正確發送和實時反饋信息的正確接收，并根據需要，將有用信息提出送測試系統處理，完成對航空機載設備的自動化測試。具體步驟分為信號電氣轉換、通信同步、LabVIEW實現。 圖2 CSDB總線信號通信原理框圖 1.4 通信配置 (1)電氣轉換 CSDB總線信號經過電氣轉換芯片后直接與計算機進行串口通信。在進行RS-422-A到RS-232的電氣標準轉換時，使用MAX488全雙工電平轉換芯片。 (2)通信同步 CSDB總線為異步串行通信，按照串行數據傳輸的基本原理，實現正確通信的基本條件是保持接收和發送雙方時鐘一致，以避免發送與接收雙方的數據位寬產生累積誤差，造成不能正確檢測到總線數據。在串行通信中，信息是按位傳送的，傳送速率用波特率表示，數據的發送和接收受各自的時鐘控制，因此，發送方和接收方的波特率應保持一致。經對具體部品測試，CSDB數據總線數據波特率為12.5Kbit/s，為與此同步，要求計算機產生的波特率也應為12.5Kbit/s。 如圖2所示，在計算機中負責串行通信的器件為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的基準時鐘輸入信號作為主數據時鐘，通過對8250內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據的誤讀，通信適配器規定每讀取或發送1bit數據至少要用16個時鐘脈沖來控制其波特率，實際應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因子： 除數因子=(主數據時鐘頻率/16)/波特率=115200/波特率 在算出除數因子后，將相應數據寫入8250內部的波特率設置寄存器，即可在串口得到相應波特率的數據。經計算，115200除以12500后不為整數，所以，受到計算機異步通信適配器8250的限制，在波特率設置上不能完全和12.5Kbit/s相同，經計算，當除數因子取9時對應的波特率為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%，理論上可實現通信同步，因此在程序上將通信的波特率設置為12.8Kbit/s。 2 基于LabVIEW7.1的總線通信 用LabVIEW7.1編程來實現總線通信時，用戶不必對GPIB，RS-232，VXI等硬件有專門的了解，LabVIEW為用戶提供了標準的I/O接口函數庫，在Lab VIEW的Functions→All Functions→Instrument I/O中提供了GPIB、串口通信等各種函數模塊，為實現串口通信提供了便捷的實現方法。軟件流程如圖3所示。 圖3 串口通信軟件流程圖 3 軟件設計中的關鍵問題及解決方法 (1) 發送數據幀結構多樣化解決方法 通過對系統中不同部品的實際測試發現，由于其互聯情況不同，相應部品控制碼的幀結構也不盡相同，同步字后跟1～4個控制消息塊不等，而在自動化測試系統中要求此通信軟件具有通用性。為此，將發送程序中控制消息塊接口設為最大(4個)，當程序檢測到某一接口有數據輸入時就發送此數據，若沒有，則以相等長度的延時替代。這樣，在保證所有數據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) 接收數據多重校驗 數據接收程序中，LabVIEW要求設置接收數據緩沖長度，程序在接收此長度數據后才能進行后續處理。實際程序運行后發現，如緩沖長度僅為一幀(24×8bit)，接收數據有可能誤接收。為避免此情況，將緩沖長度設置為一幀字長的4～6倍，在接收到數據后，再根據同步字、標號等多重匹配原則進行驗證后將數據取出，再將4～6組數據相比較，如相同，則認為數據可信，如不相同，則認為數據不可信。 4 結語 作CSDB總線數據測試時，可以方便通過界面改變需要發送的數據，接收的數據也可實時顯示出來，便于測試分析。把此程序封裝成一個子函數模塊，可應用于某航空無線電自動測試系統中，基于對CSDB總線的收發控制，成功實現了VIR-32導航接收機、VHF-22 甚高頻電臺等相關產品的自動測試。 |
