基于FSUIPC的飛行模擬機(jī)外設(shè)間通信的研究

周弘揚(yáng) 張鎮(zhèn)暉 鄧家輝 李孟然 沈毅

摘 要：為解決飛行模擬機(jī)外設(shè)與操控主機(jī)間的通信問題，基于FSUIPC進(jìn)行外設(shè)間通信平臺(tái)開發(fā)，針對(duì)模擬機(jī)外設(shè)的多信息，即時(shí)反饋的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與其相適應(yīng)的通信模式，提高不同模擬機(jī)外設(shè)與主機(jī)通信的統(tǒng)一性，可靠性，高度還原性，使利用P3D模擬飛行軟件作為簡易模擬機(jī)視景系統(tǒng)成為可能，讓MCDU，油門，MCP等模擬外設(shè)能夠有真實(shí)的控制體驗(yàn)和完整的數(shù)據(jù)體感反饋。為通過模擬飛行軟件搭建簡易模擬機(jī)提供可靠基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：飛行模擬機(jī)；FSUIPC；通信

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.205

0 引言

飛行模擬機(jī)是進(jìn)行飛行員飛行訓(xùn)練，機(jī)務(wù)維修訓(xùn)練，飛行愛好者真實(shí)體驗(yàn)飛行的重要手段和途徑。飛行模擬機(jī)一般由多個(gè)系統(tǒng)組成，包括操控主機(jī)，視景系統(tǒng)，模擬機(jī)外設(shè)等。飛行模擬機(jī)是一個(gè)實(shí)時(shí)性要求很高、交換的數(shù)據(jù)量很大，精度要求非常高的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。針對(duì)存在的缺點(diǎn)和開發(fā)簡易模擬機(jī)的實(shí)際需求，通過FSUIPC和UART串行通信結(jié)合，實(shí)現(xiàn)和模擬機(jī)外設(shè)和主機(jī)系統(tǒng)間的相互通信，建立多終端通信平臺(tái)，準(zhǔn)確快速傳遞控制信號(hào)和反饋信號(hào)，其數(shù)據(jù)傳送更具有靈活性，實(shí)時(shí)性，同時(shí)提高多終端兼容性和開發(fā)快速。

1 FSUIPC和UART的功能

模擬機(jī)的視景系統(tǒng)作為模擬機(jī)系統(tǒng)的核心之一，其中飛行姿態(tài)、飛行環(huán)境、實(shí)時(shí)參數(shù)等信息并不能直接獲取，以P3D作為簡易模擬機(jī)的視景系統(tǒng)，不僅極大的縮短視景系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間，同時(shí)飛行過程中的參數(shù)我們通過FSUIPC也可以方便的獲取，而模擬機(jī)外設(shè)硬件的各種開關(guān)設(shè)置，軸向等操作信息的傳遞也需要通過FSUIPC傳遞到視景系統(tǒng)當(dāng)中。FSUIPC作為為各種信息的傳入和傳出接口，起著信息的解釋器的作用，沒有FSUIPC就不能實(shí)現(xiàn)P3D視景系統(tǒng)和外設(shè)間的信息交互。

在外設(shè)獲取到控制信息后或者視景系統(tǒng)反饋信息后，則利用UART串行同行口進(jìn)行通信。使用UART串行口通信，只需要主機(jī)設(shè)備具有USB口，無需額外設(shè)備，即可通過USB總線進(jìn)行通信。而且USB接口具有即插即用的特點(diǎn)，使用方便，無需額外設(shè)置。每個(gè)模擬機(jī)硬件只需要連接到一個(gè)USB口即可，而且根據(jù)USB協(xié)議特點(diǎn)，最多可拓展至127個(gè)設(shè)備，滿足了多硬件連接的需求，且每個(gè)設(shè)備相互獨(dú)立，不相互影響，即使一個(gè)模擬機(jī)外設(shè)硬件外設(shè)發(fā)生損壞，也不會(huì)影響其他設(shè)備。FSUIPC在解析到視景系統(tǒng)的信息后，經(jīng)過軟件平臺(tái)解析，通過UART向連接到平臺(tái)上的硬件發(fā)送，每個(gè)設(shè)備都有其專有的指令識(shí)別幀，當(dāng)檢測到該設(shè)備信息后，解析指令內(nèi)容，顯示在屏幕上或進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，若不是該設(shè)備信息時(shí)，則丟棄相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)外設(shè)硬件接受到人的操作后，將操作內(nèi)容轉(zhuǎn)化為操作碼，與設(shè)備專有的指令識(shí)別幀相融合，通過UART發(fā)送到控制主機(jī)上，控制主機(jī)軟件平臺(tái)根據(jù)指令識(shí)別幀信息識(shí)別模擬機(jī)外設(shè)類型，并解析出相應(yīng)內(nèi)容，再通過FSUIPC進(jìn)行解釋，傳送到視景系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)控制反饋。

2 模擬機(jī)通信硬件設(shè)計(jì)

每個(gè)硬件可以向主機(jī)直接傳送數(shù)據(jù)或者通過HUB結(jié)點(diǎn)間接向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)，因?yàn)閁ART串行通信口擁有相互獨(dú)立的發(fā)送數(shù)據(jù)線和接受數(shù)據(jù)線，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)指令和接收數(shù)據(jù)指令。每個(gè)UART硬件節(jié)點(diǎn)可以單獨(dú)控制一個(gè)整個(gè)硬件上的獨(dú)立IO，或從硬件上采集到所需信息。以模擬機(jī)油門為例，微控制器可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC獲得油門當(dāng)前值，并透過UART傳至主機(jī)終端。若油門具有力反饋功能，則主機(jī)還可以透過UART向油門控制器傳送反饋信息。

3 FSUIPC通信機(jī)制的設(shè)置

硬件節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)初始化時(shí)，需要對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行初始狀態(tài)設(shè)置，初始化UART串口及串口中斷，設(shè)置統(tǒng)一通信波特率，停止位，奇偶校驗(yàn)位信息，設(shè)置定時(shí)器中斷為統(tǒng)一間隔，為程序數(shù)據(jù)回報(bào)間隔的統(tǒng)一提供基礎(chǔ)，UART串口中斷則為接收FSUIPC上位機(jī)數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。

在飛機(jī)的飛行過程中，各種控制狀態(tài)有著優(yōu)先級(jí)之分，如飛機(jī)的仰角等姿態(tài)數(shù)據(jù)需要較高的更新頻率，發(fā)動(dòng)機(jī)油門的值相比于指示燈狀態(tài)更重要，在模擬機(jī)同樣對(duì)不同的數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)也需要做不同的處理。在FSUIPC的通信設(shè)計(jì)過程中，通過UART串口指令識(shí)別幀建立其不同數(shù)據(jù)不同優(yōu)先級(jí)的設(shè)計(jì)，在同時(shí)收到不同優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)時(shí)優(yōu)先處理高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)。例如在程序中，同時(shí)接收到兩段指令：0xAA， … ，0xDD； 0xMM， … ，0xDD。程序優(yōu)先處理指令識(shí)別幀為0xAA的數(shù)據(jù)，0xMM的數(shù)據(jù)則暫緩處理。

接收數(shù)據(jù)后，識(shí)別到數(shù)據(jù)類型后，需要對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋處理，如果使油門值，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行油門范圍轉(zhuǎn)換，然后準(zhǔn)換為FSUIPC協(xié)議格式，傳送到P3D中，實(shí)現(xiàn)對(duì)視景系統(tǒng)的控制，如果是MCP數(shù)據(jù)則還需要解析出具體的控制項(xiàng)，通過FSUIPC轉(zhuǎn)換，再傳入視景系統(tǒng)，完成對(duì)控制面板旋鈕的設(shè)置。其他模擬機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)過程也可通過相同方法實(shí)現(xiàn)。

FSUIPC還要從視景系統(tǒng)中讀取狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送到模擬機(jī)硬件中，完成如MCDU的顯示數(shù)據(jù)更新，這時(shí)就需要獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)過FSUIPC解析后，獲得硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)備信息，加入對(duì)應(yīng)硬件數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)識(shí)別幀后，向各硬件節(jié)點(diǎn)發(fā)送。各模擬機(jī)硬件節(jié)點(diǎn)在收到數(shù)據(jù)后，丟棄不屬于本節(jié)點(diǎn)的信息，對(duì)屬于本節(jié)點(diǎn)的信息進(jìn)行解析，并將解析的數(shù)據(jù)顯示到指定位置或完成相關(guān)設(shè)備的控制。

通過以上的通信機(jī)制的建立，使各種數(shù)據(jù)通過FSUIPC和UART 串口快速準(zhǔn)確的在系統(tǒng)主機(jī)和硬件節(jié)點(diǎn)間傳遞。

4 結(jié)束語

分析了簡易飛行模擬機(jī)通過FSUIPC和UART串口實(shí)現(xiàn)通信，控制，反饋的可行性，簡述了FSUIPC通信的基本流程與通信機(jī)制。通過UART串口和FSUIPC實(shí)現(xiàn)的外設(shè)間通信速度快，傳輸可靠，通用性強(qiáng)，能夠滿足基于P3D視景系統(tǒng)各種簡易模擬機(jī)的多種外設(shè)的通信需求，可以替代傳統(tǒng)的模擬機(jī)外設(shè)通信方式，為后續(xù)多種模擬機(jī)外設(shè)的開發(fā)提供了重要的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王立文，鄭宇.飛行模擬機(jī)高度保持仿真系統(tǒng)構(gòu)建[J]. 電光與控制，2009，16（10）：66-69

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