基于LabVIEW的CSDB總線信號(hào)測(cè)試

商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線（commercial standard digital bus，以下簡(jiǎn)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(wú)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(cè)試和維修帶來(lái)了不便，維修或測(cè)試人員不能通過(guò)傳統(tǒng)測(cè)試設(shè)備，如示波器、萬(wàn)用表等完成總線數(shù)據(jù)的測(cè)試，而必須借助相關(guān)產(chǎn)品聯(lián)測(cè)才能完成某一uut（unit under test）的測(cè)試，本文基于此需求，分析和研究了csdb總線的協(xié)議，并介紹通過(guò)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(kāi)發(fā)平臺(tái)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。

csdb總線協(xié)議簡(jiǎn)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(duì)總線連接的各種航空設(shè)備的參數(shù)作出了詳細(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(hào)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(zhǎng)度的字節(jié)組成消息塊，再由一定長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(shí)（或地址），消息塊都是通過(guò)標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)分的。消息塊的長(zhǎng)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(guò)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(guò)識(shí)別同步消息塊6個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制“a5”來(lái)實(shí)現(xiàn)，同步消息塊標(biāo)識(shí)了每個(gè)數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始位置。

其中：t1＝幀時(shí)間長(zhǎng)＝1/最大更新率

t2＝消息塊間隙時(shí)間長(zhǎng)（無(wú)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(zhǎng)（無(wú)限制）

csdb總線信號(hào)測(cè)試

測(cè)試原理

對(duì)csdb總線信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，是先將csdb信號(hào)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(duì)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(cè)試系統(tǒng)處理，完成對(duì)航空機(jī)載設(shè)備的自動(dòng)化測(cè)試。具體步驟分為信號(hào)電氣轉(zhuǎn)換、通信同步和labview實(shí)現(xiàn)。

通信配置

（1）電氣轉(zhuǎn)換

csdb總線信號(hào)經(jīng)過(guò)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?，?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(cè)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)過(guò)具體部品測(cè)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(guò)對(duì)8250內(nèi)部的寄存器讀寫(xiě)來(lái)控制通信模式，8250使用頻率為1.432m赫茲的基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入信號(hào)作為主數(shù)據(jù)時(shí)鐘，通過(guò)對(duì)8250內(nèi)部寄存器置位來(lái)獲得需要的波特率。在異步串行通信中，為防止由于信號(hào)畸變、不同步等原因造成對(duì)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(lái)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(duì)于要求的波特率，在寫(xiě)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(xiě)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(duì)應(yīng)的波特率為12.8kbit/s，與csdb總線要求的波特率最也接近，其每bit占據(jù)78μs，相對(duì)80μs/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(lái)實(shí)現(xiàn)總線通信時(shí)，用戶不必對(duì)gpib，rs－232，vxi等硬件有專門(mén)的了解，labview為用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的i/o接口函數(shù)庫(kù)，在labview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。

軟件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題及解決方法

（1）發(fā)送數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)多樣化解決方案

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中不同部品的實(shí)現(xiàn)測(cè)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(dòng)化測(cè)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(cè)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(méi)有，則以相等長(zhǎng)度的延時(shí)代替，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(zhǎng)度，程序在接收此長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度設(shè)置為一幀字長(zhǎng)的4－6倍，在接收到數(shù)據(jù)后，再根據(jù)同步字、標(biāo)號(hào)等多重匹配原則進(jìn)行驗(yàn)證后數(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(yǔ)

作csdb總線數(shù)據(jù)測(cè)試時(shí)，可以方便地通過(guò)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(lái)，便于測(cè)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(wú)線電自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，基于對(duì)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(tái)等相關(guān)產(chǎn)品的自動(dòng)測(cè)試。