论文部分内容阅读
[摘 要]探索模拟机国产化过程中驾驶舱仪表面板的实现方法。
[关键词]模拟机；ACP；MODBUS；GPIO.
中图分类号：TM743文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0068-02
引言：
当前，CAE 生产的民航飞机训练模拟机在国内外使用很多，在国际市场长占有主导地位。在CAE模拟机中，接口系统先后经过了Super C 总线、USB GPIM系统和GPIO系统，结构越来越简单。之所以会有如此的改变，原因之一是嵌入式芯片的发展，功能日臻完善。比如美国德州仪器公司和埃特梅尔公司生产的单片机，功能已经非常强大，片上集成了Flash、EEPROM以及异步通讯口、USB、GAN等多挣外围设备，使得嵌入式应用变得简单有效。从Super C采用
小规模集成电路，到GPIO，充分体现了新技术的突飞猛进。
模拟机内核的技术，各大公司不会向外公开发布，笔者在此以自己的设想，采用目前国内能够获得的软硬件资源，尝试自己的方法，实现GPIO的功能，实现波音飞机ACP面板的功能模拟。
如图一，此系统包括3个部分，分别为模拟软件、转换器和面板。模拟软件运行在微机上，刷新频率是60HZ，周期16.67ms，通过转换器与模拟器件ACP进行通讯，实现状态更新。即将ACP的状态信息显示到ACP面板上，同时读取ACP面板的控制信息，以及各个音量控制旋钮的设定音量。总体设计思路为使用开放协议MODBUS，微机和TCP/RS232转换器之间使用MODBUS TCP协议，转换器与ACP面板之间使用 MODBUS RTU协议，因为是开放协议，实现方便简单。
一.模拟软件的选择与实现
在计算机端，可以运行基于Windows XP操作平台的通用组态软件，比如WINCC，组态王，LABVIEW等，这些应用软件都有标准的MODBUS接口驱动程序，使得开发者不必再细化与底层通讯的代码，而集中精力应用于目标程序。在本例中，则是集中于ACP面板各个按键以及指示灯的逻辑关系上。物理层、链路层可以直接采用微机的LAN接口，TCPIP协议，不需要另外加装硬件设备以及随之而来的底层驱动代码的编写。而网络通讯速率的问题，CAE采用的是1394，其传输速率为800M，之所以采用1394而没有采用TCP/IP UTP5，主要是因为开发SIM XXI时，还没有1000M以太网，当时的100M以太网不能满足大容量高速数据交换的需要。目前1000M以太网已经普及，技术已经成熟，因此，可以抛弃1394，直接采用TCP/IP。
二.TCP到RS232的實现
附图5 ATMEGA2561引脚图
此器件包括通讯与电源，实现方法使用ATMEL公司生产的嵌入式芯片ATMEGA2561，此器件包括4个异步通讯口（USART），最多可以实现连接4块ACP面板，波音737系列飞机上通常会安装3块ACP面板，这样的话，一个转换器就可以解决整机ACP面板的通讯问题。
ATMEGA2561配合RTL8019AS以太网接口芯片，可以实现嵌入式TCP/ IP功能，此以太网接口芯片占用一个8位数据端口，3个控制端子，资源占用低，可支持10M数据传输率。移植MODBUS后，即可运行MODBUS TCP协议，笔者曾在ATMEGA16上使用Uip TCP/IP协议栈，代码占用Flash存储器13k，RAM使用400Byte，运行稳定。ATmega2561拥有256K FLASH，8K RAM，所以，运行Uip是绰绰有余的。ATMEGA2561与RTL8019AS的配合，此处不做讨论。
三.模拟ACP面板的实现
ACP面板各排电门灯及旋钮的控制，分别转化为模拟软件所能处理的变量，通过ATMEGA2561的输入输出端口采集信号，232总线运行MODBUS RTU 发送给转换模块。ACP面板的指示灯则由ATMEGA2561的输出端口，经过电流放大，驱动发光二极管点亮。
附件：ATMEGA2561芯片实现ACP面板输入输出信号的实现。
ACP面板最上排有7个电门灯，MIC SELECTOR，实现原理图如下：
如附图1，此处占用14个变量，DI DO各7个，同时占用IO口14个。列表及分配MODBUS地址如下：
第二排电门按钮转化为原理图如下：
如附图2，此处占用21个变量，DI/DO 各7个，AI 7个，列表及分配MODBUS地址如下：
第三排电门按钮转化为原理图如下：
如附图3，此处占用18个变量，DI/DO各6个，AI 6个。列表及分配MODBUS地址如下
第四排电门转化为原理图如下：
如附图4，此处占用9个DI变量，MODBUS地址及端口分配如下：
结语：目前，国内民航事业大发展，需要大量的飞行训练模拟机用于飞行训练。在经济转型期的中国，应该考虑使用自己的技术，开发自己的民航飞行训练模拟机，笔者在此讨论的模拟机ACP面板的嵌入式解决方案，是完全可以实现的。笔者在此抛砖引玉，希忘各业内人士参与讨论。
参考文献
[1] MODBUS TCP 协议
[2] UIP嵌入式TCPIP协议栈代码及相关文档
[3] ATMEL2561编程手册
[4] Boeing737-800飞机使用手册
[关键词]模拟机；ACP；MODBUS；GPIO.
中图分类号：TM743文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0068-02
引言：
当前，CAE 生产的民航飞机训练模拟机在国内外使用很多，在国际市场长占有主导地位。在CAE模拟机中，接口系统先后经过了Super C 总线、USB GPIM系统和GPIO系统，结构越来越简单。之所以会有如此的改变，原因之一是嵌入式芯片的发展，功能日臻完善。比如美国德州仪器公司和埃特梅尔公司生产的单片机，功能已经非常强大，片上集成了Flash、EEPROM以及异步通讯口、USB、GAN等多挣外围设备，使得嵌入式应用变得简单有效。从Super C采用
小规模集成电路，到GPIO，充分体现了新技术的突飞猛进。
模拟机内核的技术，各大公司不会向外公开发布，笔者在此以自己的设想，采用目前国内能够获得的软硬件资源，尝试自己的方法，实现GPIO的功能，实现波音飞机ACP面板的功能模拟。
如图一，此系统包括3个部分，分别为模拟软件、转换器和面板。模拟软件运行在微机上，刷新频率是60HZ，周期16.67ms，通过转换器与模拟器件ACP进行通讯，实现状态更新。即将ACP的状态信息显示到ACP面板上，同时读取ACP面板的控制信息，以及各个音量控制旋钮的设定音量。总体设计思路为使用开放协议MODBUS，微机和TCP/RS232转换器之间使用MODBUS TCP协议，转换器与ACP面板之间使用 MODBUS RTU协议，因为是开放协议，实现方便简单。
一.模拟软件的选择与实现
在计算机端，可以运行基于Windows XP操作平台的通用组态软件，比如WINCC，组态王，LABVIEW等，这些应用软件都有标准的MODBUS接口驱动程序，使得开发者不必再细化与底层通讯的代码，而集中精力应用于目标程序。在本例中，则是集中于ACP面板各个按键以及指示灯的逻辑关系上。物理层、链路层可以直接采用微机的LAN接口，TCPIP协议，不需要另外加装硬件设备以及随之而来的底层驱动代码的编写。而网络通讯速率的问题，CAE采用的是1394，其传输速率为800M，之所以采用1394而没有采用TCP/IP UTP5，主要是因为开发SIM XXI时，还没有1000M以太网，当时的100M以太网不能满足大容量高速数据交换的需要。目前1000M以太网已经普及，技术已经成熟，因此，可以抛弃1394，直接采用TCP/IP。
二.TCP到RS232的實现
附图5 ATMEGA2561引脚图
此器件包括通讯与电源，实现方法使用ATMEL公司生产的嵌入式芯片ATMEGA2561，此器件包括4个异步通讯口（USART），最多可以实现连接4块ACP面板，波音737系列飞机上通常会安装3块ACP面板，这样的话，一个转换器就可以解决整机ACP面板的通讯问题。
ATMEGA2561配合RTL8019AS以太网接口芯片，可以实现嵌入式TCP/ IP功能，此以太网接口芯片占用一个8位数据端口，3个控制端子，资源占用低，可支持10M数据传输率。移植MODBUS后，即可运行MODBUS TCP协议，笔者曾在ATMEGA16上使用Uip TCP/IP协议栈，代码占用Flash存储器13k，RAM使用400Byte，运行稳定。ATmega2561拥有256K FLASH，8K RAM，所以，运行Uip是绰绰有余的。ATMEGA2561与RTL8019AS的配合，此处不做讨论。
三.模拟ACP面板的实现
ACP面板各排电门灯及旋钮的控制，分别转化为模拟软件所能处理的变量，通过ATMEGA2561的输入输出端口采集信号，232总线运行MODBUS RTU 发送给转换模块。ACP面板的指示灯则由ATMEGA2561的输出端口，经过电流放大，驱动发光二极管点亮。
附件：ATMEGA2561芯片实现ACP面板输入输出信号的实现。
ACP面板最上排有7个电门灯，MIC SELECTOR，实现原理图如下：
如附图1，此处占用14个变量，DI DO各7个，同时占用IO口14个。列表及分配MODBUS地址如下：
第二排电门按钮转化为原理图如下：
如附图2，此处占用21个变量，DI/DO 各7个，AI 7个，列表及分配MODBUS地址如下：
第三排电门按钮转化为原理图如下：
如附图3，此处占用18个变量，DI/DO各6个，AI 6个。列表及分配MODBUS地址如下
第四排电门转化为原理图如下：
如附图4，此处占用9个DI变量，MODBUS地址及端口分配如下：
结语：目前，国内民航事业大发展，需要大量的飞行训练模拟机用于飞行训练。在经济转型期的中国，应该考虑使用自己的技术，开发自己的民航飞行训练模拟机，笔者在此讨论的模拟机ACP面板的嵌入式解决方案，是完全可以实现的。笔者在此抛砖引玉，希忘各业内人士参与讨论。
参考文献
[1] MODBUS TCP 协议
[2] UIP嵌入式TCPIP协议栈代码及相关文档
[3] ATMEL2561编程手册
[4] Boeing737-800飞机使用手册