基于LabVIEW的CSDB總線信號測試

商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線（commercial standard digital bus，以下簡稱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、軍用運輸機等無線電設(shè)備之間的互聯(lián)通信。其廣泛應(yīng)用為機載航空電子設(shè)備的可靠性提供了保障，卻為機載電子設(shè)備的測試和維修帶來了不便，維修或測試人員不能通過傳統(tǒng)測試設(shè)備，如示波器、萬用表等完成總線數(shù)據(jù)的測試，而必須借助相關(guān)產(chǎn)品聯(lián)測才能完成某一uut（unit under test）的測試，本文基于此需求，分析和研究了csdb總線的協(xié)議，并介紹通過計算機的rs－232串口及相應(yīng)電平轉(zhuǎn)換電路，基于labview7.1軟件開發(fā)平臺實現(xiàn)的計算機與uut的雙向通信。其中，支持通信的軟件實現(xiàn)是關(guān)鍵。

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)幀之間的定時要求，并對總線連接的各種航空設(shè)備的參數(shù)作出了詳細的規(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：一個起始位、八個數(shù)據(jù)位、一個奇偶校驗位，一個停止位，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鐘信息，幀同步通過識別同步消息塊6個字節(jié)的十六進制“a5”來實現(xiàn)，同步消息塊標(biāo)識了每個數(shù)據(jù)幀的開始位置。

其中：t1＝幀時間長＝1/最大更新率

t2＝消息塊間隙時間長（無限制）

t3＝總線空閑時間（最小11bit的時間）

t4＝字節(jié)間隙時長（無限制）

csdb總線信號測試

測試原理

對csdb總線信號進行測試，是先將csdb信號電平轉(zhuǎn)換為和計算機適應(yīng)的rs－232電平，再根據(jù)csdb總線的規(guī)則，實現(xiàn)對控制信息的正確發(fā)送和實時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、通信同步和labview實現(xiàn)。

通信配置

（1）電氣轉(zhuǎn)換

csdb總線信號經(jīng)過電氣轉(zhuǎn)換芯片后直接與計算機進行串口通信。在進行rs－422－a到rs－232的電氣標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時，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?，實現(xiàn)正確通信的基本條件是保持接收和發(fā)送雙方時鐘一致，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，要求計算機產(chǎn)生的波特率也應(yīng)為12.5kbit/s。

如圖2所示，在計算機中負責(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1.432m赫茲的基準(zhǔn)時鐘輸入信號作為主數(shù)據(jù)時鐘，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，為防止由于信號畸變、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個時鐘脈沖來控制其波特率，實際應(yīng)用中波特率時鐘是主時鐘的1/16或1/（16×n），對于要求的波特率，在寫寄存器時用如下公式計算除數(shù)因子：

除數(shù)因子＝（主數(shù)據(jù)時鐘頻率/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)計算，115200除以12500后不為整數(shù)，所以，受到計算機異步通信適配器8250的限制，在波特率設(shè)置上不能完全和12.5kbit/s相同，經(jīng)計算，當(dāng)除數(shù)因子取9時對應(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編程來實現(xiàn)總線通信時，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，為實現(xiàn)串口通信提供了便捷的實現(xiàn)方法。軟件流程如圖3所示。

軟件設(shè)計中的關(guān)鍵問題及解決方法

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

通過對系統(tǒng)中不同部品的實現(xiàn)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），當(dāng)程序檢測到某一接口有數(shù)據(jù)輸入時就發(fā)送此數(shù)據(jù)，若沒有，則以相等長度的延時代替，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

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)后才能進行后續(xù)處理，實際程序運行后發(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行驗證后數(shù)據(jù)取出，再將4－6組數(shù)據(jù)相比較，如相同，則認為數(shù)據(jù)可信，如不相同，則認為數(shù)據(jù)不可信。

結(jié)語

作csdb總線數(shù)據(jù)測試時，可以方便地通過界面改變需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)也可實時顯示出來，便于測試分析，把此程序封裝成一個子函數(shù)模塊，可應(yīng)用于某航空無線電自動檢測系統(tǒng)中，基于對csdb總線的收發(fā)控制，成功實現(xiàn)了vir－32導(dǎo)航接收機、vhf－22甚高頻電臺等相關(guān)產(chǎn)品的自動測試。