AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)中CSDB總線的應(yīng)用分析

李波，張博

（凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖北武漢 430030）

AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)中CSDB總線的應(yīng)用分析

李波，張博

（凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖北武漢 430030）

基于CSDB總線在AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用，闡述了CSDB總線的規(guī)范、電氣特性和編碼規(guī)則，并對AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)中CSDB總線的檢測數(shù)據(jù)推算以及檢測數(shù)據(jù)模擬做了詳盡的分析。

AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī);CSDB總線;地址字;推算

商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線（Commercial Standard Digital Bus，簡稱CSDB）是由Rockwell Collins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)，是當(dāng)前航空領(lǐng)域使用的串行數(shù)字總線，主要用于商務(wù)飛機(jī)和通航飛機(jī)內(nèi)部電子設(shè)備之間的互聯(lián)通訊，如新舟60飛機(jī)初期就已經(jīng)安裝了CSDB總線設(shè)備，波音737飛機(jī)翻修后也安裝了CSDB總線設(shè)備。本文就CSDB總線的電氣特性、編碼規(guī)則以及此總線在AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用做了詳盡的敘述。

1 CSDB總線標(biāo)準(zhǔn)定義

1．1 數(shù)字總線描述

CSDB是單向廣播式異步串行總線標(biāo)準(zhǔn)，采用雙絞屏蔽線傳輸，按照電子工業(yè)聯(lián)合委員會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)EIA RS－422A總線數(shù)據(jù)傳輸方式，有效傳輸距離50m。CSDB總線協(xié)議定義了兩種信號傳輸速度：低速信號速度為12．5Kbit/s，高速信號速度為50Kbit/s，該總線數(shù)據(jù)采用NRZ編碼、全雙向差分方式傳輸，可以構(gòu)成單信源、多接收器的傳輸系統(tǒng)?？偩€輸出的信號最多能提供10個(gè)接收機(jī)同時(shí)接收，且接收機(jī)輸入阻抗應(yīng)不小于4KΩ。CSDB單向通訊結(jié)構(gòu)如圖1所示，CSDB雙向通訊結(jié)構(gòu)如圖2所示，當(dāng)實(shí)施雙向通訊時(shí)設(shè)備至少應(yīng)有兩對總線，一對負(fù)責(zé)發(fā)送信息，另一對負(fù)責(zé)接收信息。

圖1 單向CSDB通信

圖2 雙向CSDB通信

CSDB總線傳輸方式有連續(xù)反復(fù)發(fā)送、非連續(xù)性發(fā)送和瞬間發(fā)送三種。連續(xù)反復(fù)發(fā)送是指在CSDB標(biāo)準(zhǔn)清單上的每條消息不斷地被更新或刷新，而且這些消息在全部發(fā)送的CSDB消息中占據(jù)了大量的比例。非連續(xù)性發(fā)送是指發(fā)送消息“參變量”，它的發(fā)送方式與連續(xù)發(fā)送類似。瞬間發(fā)送是指發(fā)送一個(gè)行動(dòng)（例如無線電的調(diào)諧），或者通告特別的事件。

1．2 總線電氣特性

CSDB總線數(shù)據(jù)采用字節(jié)的形式來進(jìn)行傳輸，每組由11位組成，一個(gè)起始位、八個(gè)數(shù)據(jù)位、一個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位。每個(gè)字節(jié)（8位）被標(biāo)注從0到7，從LSB位開始傳輸，字節(jié)能夠傳輸任何數(shù)據(jù)除了兩個(gè)特殊定義的字節(jié)（地址位和狀態(tài)位）。CSDB總線信號的數(shù)據(jù)格式與RS－232－C標(biāo)準(zhǔn)完全相同，均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，上升和下降時(shí)間不少于0．8μs，不超過1．0μs（高速總線）和8．0μs（低速總線）。每個(gè)接收機(jī)線與線之間或線與地之間的差動(dòng)電容不超過600pF，每個(gè)發(fā)射機(jī)可驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載不小于0pF，不超過12000pF。典型的線性接收和線性發(fā)射電路分別如圖3、圖4所示。

圖3 典型線性接收裝置

圖4 典型線性發(fā)射裝置

2 CSDB總線在AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用

新舟60飛機(jī)AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)的CSDB總線信號分為輸入和輸出兩個(gè)部分，其輸入信號來自ADC－85大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)，通過實(shí)測大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出給航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)的相應(yīng)通道上的CSDB數(shù)據(jù)，總共測得八種信號，地址分別為A0、A1、A2、A3、A4、A6、A7、A8。通過查閱相關(guān)的手冊，可以確定對應(yīng)信號名稱依次是PRESSURE/BARO ALTITUDES、VERTICAL SPEED/IAS、TAS/ISA DELTA TEMP、MACH、VS/IAS BUGS、SAT VMO/MMO、TAT/PRESEL ALTITUDE、MM0/BARO SET。事實(shí)上接收大氣機(jī)CSDB總線信號的系統(tǒng)需要的信號種類是以上信號的一個(gè)子集，例如航姿系統(tǒng)只需要A1、A2兩個(gè)地址的信號。航姿系統(tǒng)通過地址位篩選出地址位為A1、A2的信號，其余信號不會(huì)被航姿系統(tǒng)所使用，而是一部分給了大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的配套指示器，一部分給了電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）。

新舟60飛機(jī)AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)的CSDB總線輸出數(shù)字信號供給電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）顯示俯仰、傾斜、橫滾等相關(guān)信息。通過實(shí)測大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出給航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)的相應(yīng)通道上的CSDB數(shù)據(jù)，總共測得七種信號，地址分別為40、41、42、43、47、F3、F5，其對應(yīng)的信號名稱依次是RATES（BODY AXIS）、ACCELERATIONS （BODY AXIS）、ACCELERATIONS、ATTITUDE/ HEADI2NG、AHRS CONTROL、AHRS DIAGNOSTICS、AHRSASCIIPAGE DATA。

在對機(jī)載設(shè)備進(jìn)行檢測時(shí)，傳統(tǒng)的檢測模式可能是各相關(guān)機(jī)載設(shè)備的交聯(lián)測試，可以真實(shí)地還原機(jī)上工作狀態(tài)，但是交聯(lián)測試也存在很多不足之處。交聯(lián)測試必須要求配套的機(jī)載設(shè)備工作正常，加上單件無法測試，交聯(lián)測試又容易造成大量的資源冗余從而產(chǎn)生高額的配套費(fèi)用。因此就急切要求開發(fā)相應(yīng)的檢測設(shè)備盡可能地做到單件檢測。

通過了解CSDB總線協(xié)議，實(shí)際檢測此總線及分析其結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)開發(fā)出CDSB總線板卡。此板卡采用PCI做計(jì)算機(jī)接口、FPGA做數(shù)據(jù)計(jì)算，可方便地用于工控機(jī)上收發(fā)相應(yīng)的數(shù)字信號。［1］所用的底層驅(qū)動(dòng)采用VC編寫，有很好的適應(yīng)性和兼容性可廣泛的應(yīng)用于不同的操作系統(tǒng)?；贑SDB總線板卡進(jìn)行信號收發(fā)測試的信號框圖如圖5所示。

圖5 CSDB總線檢測連接框圖

3 數(shù)據(jù)采集及推算

通過對AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)的輸出信號做分析，確定航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)在自檢時(shí)CSDB總線上輸出的傾斜信號、俯仰信號以及航向信號是在幾個(gè)固定的角度之間來回切換的。根據(jù)這幾個(gè)自檢輸出的標(biāo)準(zhǔn)角度值，通過實(shí)時(shí)接收航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)輸出大量的數(shù)據(jù)，并保存分析篩選這些數(shù)據(jù)。

3．1 傾斜CSDB信息

通過CSDB總線接口卡采集ADDRESS 40地址位上BYTE（4）和（5）所描述的ROLL RATE 5°、10°、30°、－5°、－10°、－30°所對應(yīng)的CSDB數(shù)據(jù)，并推算出十進(jìn)制數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 傾斜STIM01相關(guān)數(shù)據(jù)采集及推算

［fc71］1111 1100 0111 0001【補(bǔ)碼】11 1000 1111（十進(jìn)制）911（－5°）

［f8e3］1111 1000 1110 0011【補(bǔ)碼】111 0001 1101（十進(jìn)制）1821（－10°）

［0aaa］0 1010 1010 1010【補(bǔ)碼】1 0101 0101 0110（十進(jìn)制）5462（－30°）

3．2 俯仰CSDB信息

通過CSDB總線接口卡采集ADDRESS 40地址位上BYTE（2）和（3）所描述的PITCH RATE 2°、4°、12°、－2°、－4°、－12°所對應(yīng)的CSDB數(shù)據(jù)，并推算出十進(jìn)制數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 俯仰STIM02相關(guān)數(shù)據(jù)采集及推算

3．3 航向CSDB信息

通過CSDB總線接口卡采集ADDRESS 40地址位上BYTE（6）和（7）所描述的YAW RATE 2°、4°、12°、－2°、－4°、－12°所對應(yīng)的CSDB數(shù)據(jù)，并推算出十進(jìn)制數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 航向STIM03相關(guān)數(shù)據(jù)采集及推算

通過相應(yīng)的度數(shù)之間的關(guān)聯(lián)可得到計(jì)算公式。例如俯仰：

［016c］【十進(jìn)制】364（2°）;［02d8］【十進(jìn)制】728（4°）;［0888］【十進(jìn)制】2184（12°）。

［fe93］【十進(jìn)制】365（－2°）;［fd27］【十進(jìn)制】729（－4°）;［f777］【十進(jìn)制】2185（－12°）。

正數(shù)的角度可以看出，它們之間的角度之比是1：2：6，十進(jìn)制代碼之比364：728：2184也即1：2：6，因此可以確定+1°的十進(jìn)制代碼值是182，在此基礎(chǔ)上就得到了所有正數(shù)的推算公式。負(fù)數(shù)的角度的推算采用了補(bǔ)碼的形式，算出十進(jìn)制減1之后，十進(jìn)制代碼與正數(shù)相同，十進(jìn)制代碼之比也是1：2：6，減1后確定了－1°的十進(jìn)制代碼值也是182。

在應(yīng)用層面選用NI公司的LABWINDOWS CVI軟件作為開發(fā)工具，以用來加快開發(fā)進(jìn)度。［3］完成的AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)的測試軟件人機(jī)界面如圖6所示。

圖6 AHC－85航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)的軟件界面

4 結(jié)束語

隨著航空新技術(shù)發(fā)展的日新月異，航空總線的應(yīng)用越來越廣泛，例如新舟60飛機(jī)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、航姿計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、飛行儀表系統(tǒng)都應(yīng)用了CSDB總線技術(shù)。文章從CSDB總線消息結(jié)構(gòu)和傳輸方式著手，分析了CSDB數(shù)字總線在航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收中的應(yīng)用，為將數(shù)字通訊、軟件設(shè)計(jì)、硬件制作應(yīng)用到航空電子產(chǎn)品中奠定基礎(chǔ)。

［1］張重雄．虛擬儀器技術(shù)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2007．

［2］譚浩強(qiáng)．C程序設(shè)計(jì)（第三版）［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2005．

［3］王建新，楊世鳳，隋美麗．LabWindows/CVI測試技術(shù)及工程應(yīng)用［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006．

［編校：鄧桂萍］

Application Research of CSDB Bus in AHC－85 Heading Attitude Com puter

LIBo，ZHANG Bo
（Lingyun Science＆Technology Group Co．，Ltd．，Wuhan Hubei 430030）

Based on CSDB bus＇application in AHC－85 heading attitude computer，the paper elaborated the CSDB bus＇specifications，the electrical characteristics and encoding rules and also analyzed in detail the test data calculation and test data simulation of the CSDB bus in AHC－85 heading attitude computer done．

AHC－85 heading attitude computer;CSDB bus;address word;calculation

V249．122+．2

A

1671－9654（2011）04－043－04

2011－09－22

李波（1984－），男，湖北襄陽人，助理工程師，在職研究生，研究方向?yàn)楹娇仗卦O(shè)修理技術(shù)及開發(fā)。