CSDB總線介紹及其數(shù)據(jù)測試
本文分析和研究了CSDB總線的協(xié)議，并介紹了通過計(jì)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(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)與UUT的雙向通信。其中，支持通信的軟件實(shí)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(shí)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(gè)起始位、八個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)奇偶校驗(yàn)位、一個(gè)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(gè)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(shí)鐘信息。幀同步通過識別同步消息塊6個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制“A5”來實(shí)現(xiàn)，同步消息塊標(biāo)識了每個(gè)數(shù)據(jù)幀的開始位置。
其中：t1=幀時(shí)間長=1/最大更新率
t2=消息塊間隙時(shí)間長(無限制)
t3=總線空閑時(shí)間(最小11bit的時(shí)間)
t4=字節(jié)間隙時(shí)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(jì)算機(jī)適應(yīng)的RS-232電平，再根據(jù)CSDB總線的規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對控制信息的正確發(fā)送和實(shí)時(shí)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(shí)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(jì)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(shí)，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?shí)現(xiàn)正確通信的基本條件是保持接收和發(fā)送雙方時(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)產(chǎn)生的波特率也應(yīng)為12.5Kbit/s。
如圖2所示，在計(jì)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(shí)鐘輸入信號作為主數(shù)據(jù)時(shí)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(gè)時(shí)鐘脈沖來控制其波特率，實(shí)際應(yīng)用中波特率時(shí)鐘是主時(shí)鐘的1/16或1/(16×N)，對于要求的波特率，在寫寄存器時(shí)用如下公式計(jì)算除數(shù)因子：
除數(shù)因子=(主數(shù)據(jù)時(shí)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(jì)算，115200除以12500后不為整數(shù)，所以，受到計(jì)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(jì)算，當(dāng)除數(shù)因子取9時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)總線通信時(shí)，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(shí)現(xiàn)串口通信提供了便捷的實(shí)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(jì)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(shí)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(gè)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(gè))，當(dāng)程序檢測到某一接口有數(shù)據(jù)輸入時(shí)就發(fā)送此數(shù)據(jù)，若沒有，則以相等長度的延時(shí)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(yàn)
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(shí)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(yàn)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(shí)，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(shí)時(shí)顯示出來，便于測試分析。把此程序封裝成一個(gè)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(shí)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。
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