机载RS422总线采集技术应用研究

机载RS422总线采集技术应用研究

随着航空电子系统的发展，对航空数据总线的要求越来越高，加速了航空数据总线的发展，航空数据总线的发展情况决定了飞机电子系统综合化程度的高低。

机载总线通讯技术的应用可提高整个航电系统的性能、可扩展性、可靠性、可维护性和可升级性。机载RS422 是一种协议简单、构建方便的总线，可满足大多数航电系统的应用需求。因此，越来越多的航电系统采用了RS422传输协议，本文描述常见的RS422协议的同时，还研究了一些特殊的机载RS422协议的采集方式。

RS422串行总线接口标准及协议传输模式

RS422是属于通用异步串行接口（UART）协议中的一种，按照标准的波特率完成双向的通讯。其工作原理是将总线数据字符通过起始位标志开始传输，收到停止位标志停止，总线数据字符之间不需要固定时间间隔要求。总线传输原理如图1所示。

图1中的数据位，起始位，停止位，奇偶校验位和波特率是RS422总线通讯的几个要素。在KAM500编程中，需要对上述几个要素进行正确的设置才能够采集到RS422总线通讯数据。

实际试飞中不同类型机载RS422总线信号分析与研究

机载RS422总线通讯消息块分类

图1 RS422传输格式

根据机载RS422总线通讯协议的特点，其消息块主要分为以下3种类型：

1. 每条总线上只有一个消息块，其消息块长度为固定值或者可变。

2. 每条总线上有多个消息块，消息块的块标识不同，每个消息块的长度固定或者长度可变，每个消息块根据要求有各自独立的结束标识。

总线上消息块长度小于9，且内容中出现了同步头

机载RS422总线通讯数据块分析

“育人”主要反映教师的管理工作尤其是学生管理工作取得的业绩。有关评价要素包括：管理工作年限；在师德和管理方面获得的表彰；育人管理方面的研究成果；指导学生取得的成绩。其中，除了“管理工作年限”的认可度为中等外，其他评价要素的认可度均为高。

当RS422协议属于第1种的时候，消息块长度为固定值，选择采用长度采集的方式，消息块长度为变长时，选择块末尾判读的方式，进行采集；

当RS422属于第2种情况的时候，则需要在一个通道下编辑多个消息块，每个消息块选择同一个通道，依据消息块长度是否可变或数据块是否有结束标志，选择相应的采集方式；

当RS422属于第3种情况的时候，本文在下一节会详细介绍。

机载RS422总线通讯协议的同步头研究

RS422总线采集的关键是同步头的设置，同步头如果没有设置正确，就会采集不到数据，而数据块大小设置错误，一般只是造成部分数据丢失，造成的后果相对小一些。厂家根据各自通信系统会提供不同类型的同步头，同步头根据难易程度可以分为以下两大类：

a） 同步头直接给出如：2B、7E、AA55、BB44，这种情况在软件设置中直接填写就行。此类同步头的优点是同步头简洁，编写方便；缺点是由于同步头简单数据中出现跟同步头一样的字符概率相对较大，数据采集出错现象概率高。

b） 同步头需要根据提供的文件协议及KAM500采集器RS422模块的性能换算出合适的同步头。此类协议如SLIP协议其同步头为4个字节，一些特殊协议的同步头达到了12个字节。同步头占用字节数越多，数据内容出现跟同步头字符一样的情况就越少，而KAM500采集器RS422模块同步头最多只能设置8个字节，当同步头字节数大于8时，需要根据实际情况缩短同步头并要保证数据采集正确。

机载RS422总线采集的软件编程设置

两种采集模块的主要区别和原理

KAM500采集系统采用数字化背板，以分布式主辅链接结构、能够有效避免通道之间的干扰，而每路数据采集通道拥有独立的A/D模块，能够完美地实现同步采集数据。

机载RS422总线采用KAD/UAR/002和KAD/ UAR/102模块进行总线采集，每种采集模块具有四路数据通道。对于数据块，当采集到正确的数据同步头时就采集，并以数据块的长度或结束标识作为采集结束标准。

两种机载RS422总线采集模块区别如下表所示，原理见图2。

表1 两种RS422总线采集模块区别

KAM软件中RS422模块的编程方法

在机载KAM软件中，两种RS422采集模块编程设置如图3所示。

通道：选择板卡中的哪个通道来进行采集设置；

波特率：根据需要采集的RS422总线的通讯波特率进行设置；

比特数：设置采集RS422总线数据的数据位数；

校验方式：主要有无校验，奇校验及偶校验几种方式。

首先先对上述设置进行编程，再对数据块名称，同步头长度或者数据块的结束标志根据被采集的机载RS422总线的ICD文件来确定。

上述的设置可以满足目前绝大多数厂家设计的机载RS422总线协议，在某型飞机实际测试中，遇到了同步头比较简单，且内容中也出现了同步头相同的字节，导致采集数据出现错误，这种现象在以前的机载测试中没有遇到过，当时解决的方法采用了同步头和内容第一个字节组合成同步头，但这种方法是第一个字节要固定不变才是可行的，并不能完全解决数据采集故障。

针对这种情况，在实验室进行了详细仿真分析，根据KAM软件要求，机载RS422块长度不能小于9个字节，在消息块小于九个字节的情况下会出现KAM500采集RS422总线时会出现把内容中与同步头相同字节当做同步头，从而导致采集出错。

仿真实例：同步头设置55，块大小为5个字节，内容第一个字节为44，采用字递进1的方式仿真，根据KAM500采集规则，块大小要大于等于9，所以设置字节大小为10，通过仿真界面可以发现第一次采集时为正确数值：

55 54 55 56 57 55 54 55 56 57

接着下一个周期时采集出现错误，数值为：55 56 57 55 54 55 56 57 55 54

通过分析出错情况，发现主要是采集板卡对于真正同步头的区分没有依据，针对这个新的问题，通过重新查看机载RS422 ICD文件，发现除了同步头、数据块大小、奇偶校验类型和波特率等最基本的要素外，还有一项数据更新速率40HZ，但是这个更新速率在以前机载RS422采集测试中没被采用过，再分析编程界面发现有同步间隔选项（Sync Interval），如图3 所示，在以前机载RS422采集过程是不被采用的一个选项。

是不是可以把更新速率当做一个真正同步头传输的一个判据，为此本文设置了同步间隔选项，通过仿真界面发现数据采集正确：

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

图2 两种RS422 总线采集模块原理图

图3 机载KSM软件RS422模块编程界面

总结

机载RS422数据总线技术是现在飞机经常采用的一种总线技术，文章先简述了RS422数据总线的接口标准及其传输模式，针对实际试飞过程中机载RS422通讯协议的特点，对其注意事项进行了深入研究，阐述了两种机载RS422采集模块的使用注意事项件，针对机载RS422数据总线采集过程遇到的实际问题，通过飞行实验室进行地面仿真，提出了正确的解决方案，保证了科研试飞的正常进行，本文提出的方法对机载工程师处理类似问题提供了现实可行的依据，具有重要的实际工程价值。