基于CAN总线的A320模拟器硬件仿真
考虑到各种机型的驾驶舱功能的共性，即系统模块多、通信频繁、结构复杂而导致模块间布线繁杂，以及由此产生的干扰等问题，提出一种驾驶舱硬件仿真方案，该方案可以满足驾驶舱各模块间稳定通信，且简化布线。
1 方案确立
驾驶舱仿真主要以报文的形式承载各系统模块的操作信息，通过上位机完成逻辑运算，实现驾驶舱功能仿真。驾驶舱仿真设计的原则是稳定，即整个驾驶舱网络应具备一定的容错能力，在数据传输过程中若产生冲突竞争，则应有一种机制解决冲突，且不丢失数据，而can(co-ntroller area network)是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，具有突出的可靠性、实时性和灵活性，基于此选取can总线作为整个驾驶舱网络通信方案。由于飞机驾驶舱结构复杂、功能繁多，所以需对驾驶舱进行功能模块划分，各模块间通过can总线进行通信，以下即从系统总体设计、can节点通信接口硬件设计和数据传输软件设计3个方面详细阐述该方案。
2 系统总体设计
飞机驾驶舱中的显示部分主要有电子飞行仪表系统(electronic flight instrument system，efis)，飞机电子中央监控(electronic centralized aircraft monito-ring，ecam)，分别由3台触摸屏显示器显示，其显示逻辑统一由上位机控制。操作部分有顶版、中央操纵台、遮光板，侧杆，这4部分全部由硬件实现，基于区域划分的原则将其进行模块划分，每二模块为一节点。整体架构如图1所示。
由于各节点间存在逻辑控制关系，所以采用多主方式通信，can总线网络上任一节点均可作为主节点向其他节点发送数据。上位机作为其中一个节点，通过can总线智能适配卡与网络上的各节点进行通信，负责主要的逻辑运算和驾驶舱显示功能的控制，其他节点不仅完成操作动作的采集，还根据逻辑要求互相控制。
3 can节点通信接口硬件电路设计
由于驾驶舱各节点间的控制逻辑复杂，数据量大，通信频繁，故对各节点主控芯片的存储容量有较高的要求，且对can总线网络中数据传输的稳定性也有较高要求。选取c80c51f040作主控芯片，因其拥有4352b ram以及64kb的flash，满足程序应用需要。它内部集成can控制器，它兼容can技术规范2.0a和2.0b，主要由can内核、消息ram(独立于cip51的ram)、消息处理单元和控制寄存器组成。can内核由can协议控制器和负责报文收发的串行/并行转换rx/tx移位寄存器组成。消息ram用于存储报文目标和每个目标的仲裁掩码。这种can处理器有32个随意配置为发送和接收的报文目标，并且每一个报文目标都有自己的识别掩码，所有的数据传输和接收滤波都是由can控制器完成，而不是由cip51完成。c8051f04o所具备的完善的can总线控制器和独立的can信息缓冲区，可以解决mcu(micro control unit)与can总线之间串/并转换、不同节点间波特率误差的校正、以及mcu与can总线通信的冲突竞争和同步等问题，为can总线网络具有较高稳定性提供了可靠的保障。
can总线的收发器选用ti公司的sn65hvd230芯片，该芯片正常模式下的低电流设计使得芯片的发热量小(典型数值为370μa)，而且其优化的驱动器设计使得信号质量得到进一步改善;为进一步提高系统抗干扰能力，在主控芯片c80c51f040和收发器sn65hvd230之闻加入光耦6n137进行电气隔离，由于通信信号传输到导线的端点时会发生反射，反射信号会干扰正常信号的传输，因而总线两端接有终端电阻以消除反射信号，有效隔离can总线上的干扰信号，提高了系统可靠性。如图2所示。
4 数据传输软件设计
在can总线上发送的每一条报文都具有惟一的一个11位或29位数字id，当发生冲突时，仲裁器就根据id值的大小决定优先级最高的id发送，其他的退出总线。can总线状态取决于二进制数0而不是1，即信号是线“与”关系：当一个节点发送1，另一个节点发送0时，其他节点接收到的是信号0。所以id值越小，该保报文拥有的优先权越高。
4.1 can通信协议设计
通信协议设计主要包括两部分，确定报文id和定义报文所含8位数据的每位具体含义。由于报文id决定其优先级，所以需要根据实际逻辑确定每一报文的优先级，鉴于驾驶舱操作部分部件少于1000件，所以采用标准格式帧，11位的标识符可以表达211-1等于2047种报文，满足实际需求。每个报文含有8字节数据，由于上位机负责主要逻辑运算，所以上位机应能根据每一个报文内容精确定位驾驶舱被操作部件，定义其格式如图3所示。
协议采用data0～data4五个字节承载所有信息，信息内容包括板号(penal number)、件号(component number)、部件类别(component sort)、部件状态值(整数部分和小数部分)和小数标志位(dot)。经过整合，共有32块面板，所以使用5位二进制表示面板号，板号(pn0～pn4)对应data3.3～data3.7;每块面板上的部件数均少于128，跳开关面板上部件最多，为125个，所以采用7位二进制表示件号，件号(cn0～cn6)对应data4.o～data4.6;根据部件输出状态将其分为5类，分别是按钮、波段开关、电位器、显示屏和跳开关，所以用3位二进制表示件类别，部件类别(cs0～cs2)对应data3.o～data3.2;部件状态值整数部分(int0～int15)对应data1.0～data1.7和data2.0～data2.7，状态值小数部分(dec0～dec7)对应data0.0～data0.7，小数标志位(dot)对应data4.7。
4.2 通信实现
can总线节点数据传输的实现主要分为三部分，分别是初始化设置、发送数据和接收数据。初始化can控制器的一般步骤如下：
(1)将sfrpage寄存器设置为can0_page;
(2)将can0cn寄存器中的init和cce位设置为1;
(3)设置位定时寄存器和brp扩展寄存器中的时序参数;
(4)初始化每个消息对象或将其msgval位设置为无效;
(5)将init位清零。接收数据有查询和中断两种方式，本文在设计时采用中断方式。接收数据程序流程图如图4所示。
当总线上有数据传入时程序进入中断，读取中断寄存器的值，该值对应32个消息对象中的其中一个消息号，将该消息号写入ifx命令请求寄存器，读取ifx报文控制寄存器，查看标志位newdata，值为1表示有新数据，值为0表示没有新数据，读取完当前数据后查看数据块结束标识位eob，值为1表示数据块结束，当前数据接收完成;值为0，表示数据块没有结束，将消息号增一，继续接收下一个消息对象中的数据，直至接收完成。发送数据时需配置寄存器，设定报文id，此外还需在将数据写入数据寄存器的时候，先写高位后写低位，即先对canodath赋值，再对canodatl赋值，最后将消息号写入ifx命令请求寄存器即启动数据传送。
5 结语
实际测试表明，模块间通信稳定，抗干扰性强，且布线简洁。该方案已经应用于机载电子系统故障诊断模拟机，虽然该模拟机是针对a320机型，但是该方案也可扩展应用到其他机型的模拟机，具有广阔的应用前景。
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2 系统总体设计
飞机驾驶舱中的显示部分主要有电子飞行仪表系统(electronic flight instrument system，efis)，飞机电子中央监控(electronic centralized aircraft monito-ring，ecam)，分别由3台触摸屏显示器显示，其显示逻辑统一由上位机控制。操作部分有顶版、中央操纵台、遮光板，侧杆，这4部分全部由硬件实现，基于区域划分的原则将其进行模块划分，每二模块为一节点。整体架构如图1所示。
由于各节点间存在逻辑控制关系，所以采用多主方式通信，can总线网络上任一节点均可作为主节点向其他节点发送数据。上位机作为其中一个节点，通过can总线智能适配卡与网络上的各节点进行通信，负责主要的逻辑运算和驾驶舱显示功能的控制，其他节点不仅完成操作动作的采集，还根据逻辑要求互相控制。
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由于驾驶舱各节点间的控制逻辑复杂，数据量大，通信频繁，故对各节点主控芯片的存储容量有较高的要求，且对can总线网络中数据传输的稳定性也有较高要求。选取c80c51f040作主控芯片，因其拥有4352b ram以及64kb的flash，满足程序应用需要。它内部集成can控制器，它兼容can技术规范2.0a和2.0b，主要由can内核、消息ram(独立于cip51的ram)、消息处理单元和控制寄存器组成。can内核由can协议控制器和负责报文收发的串行/并行转换rx/tx移位寄存器组成。消息ram用于存储报文目标和每个目标的仲裁掩码。这种can处理器有32个随意配置为发送和接收的报文目标，并且每一个报文目标都有自己的识别掩码，所有的数据传输和接收滤波都是由can控制器完成，而不是由cip51完成。c8051f04o所具备的完善的can总线控制器和独立的can信息缓冲区，可以解决mcu(micro control unit)与can总线之间串/并转换、不同节点间波特率误差的校正、以及mcu与can总线通信的冲突竞争和同步等问题，为can总线网络具有较高稳定性提供了可靠的保障。
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(3)设置位定时寄存器和brp扩展寄存器中的时序参数;
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5 结语
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