機載RS422總線采集技術應用研究

機載RS422總線采集技術應用研究

隨著航空電子系統的發展，對航空數據總線的要求越來越高，加速了航空數據總線的發展，航空數據總線的發展情況決定了飛機電子系統綜合化程度的高低。

機載總線通訊技術的應用可提高整個航電系統的性能、可擴展性、可靠性、可維護性和可升級性。機載RS422 是一種協議簡單、構建方便的總線，可滿足大多數航電系統的應用需求。因此，越來越多的航電系統采用了RS422傳輸協議，本文描述常見的RS422協議的同時，還研究了一些特殊的機載RS422協議的采集方式。

RS422串行總線接口標準及協議傳輸模式

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

圖1中的數據位，起始位，停止位，奇偶校驗位和波特率是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行正確的設置才能夠采集到RS422總線通訊數據。

實際試飛中不同類型機載RS422總線信號分析與研究

機載RS422總線通訊消息塊分類

圖1 RS422傳輸格式

根據機載RS422總線通訊協議的特點，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，每個消息塊根據要求有各自獨立的結束標識。

總線上消息塊長度小于9，且內容中出現了同步頭

機載RS422總線通訊數據塊分析

“育人”主要反映教師的管理工作尤其是學生管理工作取得的業績。有關評價要素包括：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；指導學生取得的成績。其中，除了“管理工作年限”的認可度為中等外，其他評價要素的認可度均為高。

當RS422協議屬于第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，進行采集；

當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，依據消息塊長度是否可變或數據塊是否有結束標志，選擇相應的采集方式；

當RS422屬于第3種情況的時候，本文在下一節會詳細介紹。

機載RS422總線通訊協議的同步頭研究

RS422總線采集的關鍵是同步頭的設置，同步頭如果沒有設置正確，就會采集不到數據，而數據塊大小設置錯誤，一般只是造成部分數據丟失，造成的后果相對小一些。廠家根據各自通信系統會提供不同類型的同步頭，同步頭根據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，這種情況在軟件設置中直接填寫就行。此類同步頭的優點是同步頭簡潔，編寫方便；缺點是由于同步頭簡單數據中出現跟同步頭一樣的字符概率相對較大，數據采集出錯現象概率高。

b） 同步頭需要根據提供的文件協議及KAM500采集器RS422模塊的性能換算出合適的同步頭。此類協議如SLIP協議其同步頭為4個字節，一些特殊協議的同步頭達到了12個字節。同步頭占用字節數越多，數據內容出現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置8個字節，當同步頭字節數大于8時，需要根據實際情況縮短同步頭并要保證數據采集正確。

機載RS422總線采集的軟件編程設置

兩種采集模塊的主要區別和原理

KAM500采集系統采用數字化背板，以分布式主輔鏈接結構、能夠有效避免通道之間的干擾，而每路數據采集通道擁有獨立的A/D模塊，能夠完美地實現同步采集數據。

機載RS422總線采用KAD/UAR/002和KAD/ UAR/102模塊進行總線采集，每種采集模塊具有四路數據通道。對于數據塊，當采集到正確的數據同步頭時就采集，并以數據塊的長度或結束標識作為采集結束標準。

兩種機載RS422總線采集模塊區別如下表所示，原理見圖2。

表1 兩種RS422總線采集模塊區別

KAM軟件中RS422模塊的編程方法

在機載KAM軟件中，兩種RS422采集模塊編程設置如圖3所示。

通道：選擇板卡中的哪個通道來進行采集設置；

波特率：根據需要采集的RS422總線的通訊波特率進行設置；

比特數：設置采集RS422總線數據的數據位數；

校驗方式：主要有無校驗，奇校驗及偶校驗幾種方式。

首先先對上述設置進行編程，再對數據塊名稱，同步頭長度或者數據塊的結束標志根據被采集的機載RS422總線的ICD文件來確定。

上述的設置可以滿足目前絕大多數廠家設計的機載RS422總線協議，在某型飛機實際測試中，遇到了同步頭比較簡單，且內容中也出現了同步頭相同的字節，導致采集數據出現錯誤，這種現象在以前的機載測試中沒有遇到過，當時解決的方法采用了同步頭和內容第一個字節組合成同步頭，但這種方法是第一個字節要固定不變才是可行的，并不能完全解決數據采集故障。

針對這種情況，在實驗室進行了詳細仿真分析，根據KAM軟件要求，機載RS422塊長度不能小于9個字節，在消息塊小于九個字節的情況下會出現KAM500采集RS422總線時會出現把內容中與同步頭相同字節當做同步頭，從而導致采集出錯。

仿真實例：同步頭設置55，塊大小為5個字節，內容第一個字節為44，采用字遞進1的方式仿真，根據KAM500采集規則，塊大小要大于等于9，所以設置字節大小為10，通過仿真界面可以發現第一次采集時為正確數值：

55 54 55 56 57 55 54 55 56 57

接著下一個周期時采集出現錯誤，數值為：55 56 57 55 54 55 56 57 55 54

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

是不是可以把更新速率當做一個真正同步頭傳輸的一個判據，為此本文設置了同步間隔選項，通過仿真界面發現數據采集正確：

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 機載KSM軟件RS422模塊編程界面

總結

機載RS422數據總線技術是現在飛機經常采用的一種總線技術，文章先簡述了RS422數據總線的接口標準及其傳輸模式，針對實際試飛過程中機載RS422通訊協議的特點，對其注意事項進行了深入研究，闡述了兩種機載RS422采集模塊的使用注意事項件，針對機載RS422數據總線采集過程遇到的實際問題，通過飛行實驗室進行地面仿真，提出了正確的解決方案，保證了科研試飛的正常進行，本文提出的方法對機載工程師處理類似問題提供了現實可行的依據，具有重要的實際工程價值。