CSDB总线介绍及其数据测试

本文分析和研究了CSDB总线的协议，并介绍了通过计算机的RS-232串口及相应电平转换电路，基于LabVIEW7.1软件开发平台实现的计算机与UUT的双向通信。其中，支持通信的软件实现是关键。

　　图1 CSDB总线结构

　　CSDB总线协议简介

　　CSDB总线体系结构的物理层规定了总线的机械特性和电气特性;数据链路层给出了数据帧的定义以及数据帧之间的定时要求，并对总线连接的各种航空设备的参数做出了详细的规定。

　　物理层

　　CSDB是单向广播式异步串行总线标准，它可以构成单信源、多接收器的传输系统。总线数据采用NRZ编码，全双工差分方式传输。CSDB信号的数据格式与RS-232-C标准完全相同，都为异步串行通信格式，即：一个起始位、八个数据位、一个奇偶校验位、一个停止位，其电气标准为RS-422-A。

　　数据链路层

　　CSDB总线是面向字节的传输协议，固定长度的字节组成消息块，再由一定长度的消息块组合成帧，封装在数据帧中的不同数据通过各自的地址字节加以区别，不同的数据帧之间通过同步消息块分割。CSDB总线数据结构如图1所示。

　　在图1中，消息块(Message Block)的第一个字节Byte 0称为标识 (或地址)，消息块都是通过标识来区分的。消息块的长度是固定不变的，为6字节。CSDB采用的是异步串行传输方式，通过起始位和停止位完成字节的位同步，因此，在编码中不必带有时钟信息。帧同步通过识别同步消息块6个字节的十六进制“A5”来实现，同步消息块标识了每个数据帧的开始位置。

　　其中：t1=帧时间长=1/最大更新率

　　t2=消息块间隙时间长(无限制)

　　t3=总线空闲时间(最小11bit的时间)

　　t4=字节间隙时长(无限制)

　　CSDB总线信号测试

　　测试原理

　　对CSDB总线信号进行测试，是先将CSDB信号电平转换为和计算机适应的RS-232电平，再根据CSDB总线的规则，实现对控制信息的正确发送和实时反馈信息的正确接收，并根据需要，将有用信息提出送测试系统处理，完成对航空机载设备的自动化测试。具体步骤分为信号电气转换、通信同步、LabVIEW实现。

  　　图2 CSDB总线信号通信原理框图

　　通信配置

　　(1)电气转换

　　CSDB总线信号经过电气转换芯片后直接与计算机进行串口通信。在进行RS-422-A到RS-232的电气标准转换时，使用MAX488全双工电平转换芯片。

　　(2)通信同步

　　CSDB总线为异步串行通信，按照串行数据传输的基本原理，实现正确通信的基本条件是保持接收和发送双方时钟一致，以避免发送与接收双方的数据位宽产生累积误差，造成不能正确检测到总线数据。在串行通信中，信息是按位传送的，传送速率用波特率表示，数据的发送和接收受各自的时钟控制，因此，发送方和接收方的波特率应保持一致。经对具体部品测试，CSDB数据总线数据波特率为12.5Kbit/s，为与此同步，要求计算机产生的波特率也应为12.5Kbit/s。

　　如图2所示，在计算机中负责串行通信的器件为8250异步通信适配器(UART)，或其兼容元器件，程序通过对8250内部的寄存器读写来控制通信模式，8250使用频率为1.8432MHz的基准时钟输入信号作为主数据时钟，通过对8250内部寄存器置位来获得需要的波特率。在异步串行通信中，为防止由于信号畸形、不同步等原因造成对数据的误读，通信适配器规定每读取或发送1bit数据至少要用16个时钟脉冲来控制其波特率，实际应用中波特率时钟是主时钟的1/16或1/(16×N)，对于要求的波特率，在写寄存器时用如下公式计算除数因子：

　　除数因子=(主数据时钟频率/16)/波特率=115200/波特率

　　在算出除数因子后，将相应数据写入8250内部的波特率设置寄存器，即可在串口得到相应波特率的数据。经计算，115200除以12500后不为整数，所以，受到计算机异步通信适配器8250的限制，在波特率设置上不能完全和12.5Kbit/s相同，经计算，当除数因子取9时对应的波特率为12.8Kbit/s，与CSDB总线要求的波特率最为接近，其每bit占据78 S，相对80 S/bit(12.5Kbit/s)误差为0.25%，小于串行通信波特率最大容许误差5%，理论上可实现通信同步，因此在程序上将通信的波特率设置为12.8Kbit/s。
基于LabVIEW7.1的总线通信

　　用LabVIEW7.1编程来实现总线通信时，用户不必对GPIB，RS-232，VXI等硬件有专门的了解，LabVIEW为用户提供了标准的I/O接口函

　　数库，在Lab VIEW的Functions→All Functions→Instrument I/O中提供了GPIB、串口通信等各种函数模块，为实现串口通信提供了便捷的实现方法。软件流程如图3所示。

  图3 串口通信软件流程图

　　软件设计中的关键问题及解决方法

　　(1) 发送数据帧结构多样化解决方法

　　通过对系统中不同部品的实际测试发现，由于其互联情况不同，相应部品控制码的帧结构也不尽相同，同步字后跟1～4个控制消息块不等，而在自动化测试系统中要求此通信软件具有通用性。为此，将发送程序中控制消息块接口设为最大(4个)，当程序检测到某一接口有数据输入时就发送此数据，若没有，则以相等长度的延时替代。这样，在保证所有数据帧周期相同的情况下，满足了不同部品控制码的不同要求。

　　(2) 接收数据多重校验

　　数据接收程序中，LabVIEW要求设置接收数据缓冲长度，程序在接收此长度数据后才能进行后续处理。实际程序运行后发现，如缓冲长度仅为一帧(24×8bit)，接收数据有可能误接收。为避免此情况，将缓冲长度设置为一帧字长的4～6倍，在接收到数据后，再根据同步字、标号等多重匹配原则进行验证后将数据取出，再将4～6组数据相比较，如相同，则认为数据可信，如不相同，则认为数据不可信。

　　结语

　　作CSDB总线数据测试时，可以方便通过界面改变需要发送的数据，接收的数据也可实时显示出来，便于测试分析。把此程序封装成一个子函数模块，可应用于某航空无线电自动测试系统中，基于对CSDB总线的收发控制，成功实现了VIR-32导航接收机、VHF-22 甚高频电台等相关产品的自动测试。