在航空電子系統中RS422是一種常見的異步串行總線，可同時實現互連設備雙方的發送與接收，且靈活、簡單、可移植性強。然而由于RS422總線對傳輸數據缺少限制，數據格式多變，在異步傳輸的過程中極易出現數據不完整、丟包、錯誤解析等情況。文章針對這一問題提出了一種RS422總線通信數據管理及解析方法，針對不同格式的數據，設計出通用的解包算法。該方法在機載系統多型產品中實際運用，總線通信穩定有效。

　　關鍵詞：RS422總線；數據管理；解包算法

　　RS422總線采用差分傳輸方式，具有全雙工的特性，即具有4根信號線，接收發送互不干擾。通信雙方在同一周期內完成數據互換，根據指定長度即可獲取正確的數據包。然而當雙方設備的任務周期出現偏差，底層數據接收晚于上層應用調度時，常常會出現半包數據丟失，找不到包頭包尾等問題[1]。RS422總線普遍應用于各類場景，其包頭、包尾、校驗位、計算方式、長度等多變且難以統一[2]，甚至消息數量也存在不確定性，不同應用需求導致開發者多次重復開發，費時費力，沒有形成一套統一的配置管理方法。電子通信環境復雜，總線數據傳輸可能出現偶發干擾，從而引入非正常數據[3]，因此組包過程需要具備一定的抗冗余能力，保證在不丟包的基礎上正確解析[4]。

　　1串行通信協議

　　UART是一種異步全雙工串行通信協議，因為沒有參考時鐘信號，所以通信的雙方必須約定串口波特率、數據位寬、奇偶校驗位、停止位等配置參數，從而按照相同的速率方式進行通信。異步通信以一個字符為傳輸單位，通信中兩個字符間的時間間隔是不固定的，然而在同一個字符中的兩個相鄰位的時間間隔是固定的，可通過波特率進行設置，即每秒傳送的二進制位數。每一個傳送字符包含1個起始位，8個數據位，1個奇偶校驗位，1個停止位，如圖1所示。圖1串行通信協議數據格式在實際通信中，起始位常發送一個邏輯“0”信號，表示傳輸字符的開始。數據位可以是8位的邏輯“0”或“1”，一般采用小端傳輸，即LSB先發，MSB后發。在數據位后加上奇偶校驗位，使得字符中邏輯“1”的位數為偶數（偶校驗）或奇數（奇校驗）。停止位是一個字符的結束標志，可以是1位、1.5位、2位的高電平，用于保持雙方同步，停止時間間隔越長，傳送的容錯能力就越強。針對上述協議，RS422總線的初始化配置至少應包含表1內容，其中循環標志設定了總線的工作狀態。

　　2數據管理配置

　　根據串行通信協議特點，針對不同應用進行統一的開發管理，本文對RS422總線的收發數據進行了如下配置，詳見表2，具體包括通道號、消息標識、包長、包頭、包尾、校驗類型、停止位等，可采用結構體的形式在初始化階段進行配置。需要說明的是，表2為應用層數據設置，上述表1位傳輸協議配置。開發者可根據自身需求，對各配置項進行裁剪增添。RS422總線是在RS232總線基礎上發展而來的，不同于RS232總線點對點的通信規范，RS422總線支持同一線路單機發送、多機接收，且其特有的電氣特性使傳輸距離和傳輸速率得以提升。“一對多”式通信協議不僅可以提升傳輸效率，還能在一定程度上節約網絡資源，此時就需要對軟件的收發通道進行合理編號，用以區分不同的發送源數據。另外，通過設置消息標識符，接收方可對消息進行篩選，有目的地進行數據包解析。包長、包頭、包尾限定出一個完整的數據段，校驗和則用于保證數據的正確性，防止因受干擾而出現數據錯亂，一般有加和及補碼兩種方式。

　　3數據收發流程

　　發送數據時，首先利用表2中的發送結構體進行數據配置，設置包頭、包尾、標識符、消息長度等相關信息，然后根據校驗類型，向待發送數據包填寫校驗和，最后調用發送驅動，讀取UART線狀態寄存器，當發送FIFO存儲器不為空時保持等待，直到條件滿足后逐字節寫入發送保持寄存器。數據接收過程涉及數據存儲、整合、解析、組包等，具體流程見圖2。首先應判斷當前通道接收的消息數量是否單一，若單一則直接獲取序號，進行接收解包流程，若不為一，則需通過標識位判斷是否為目標消息。在確認待接收數據為目標消息后，根據包頭、包長、校驗位等進行解包，解包算法詳見下一章節。

　　4數據解包算法

　　本節以某型直升機機電系統RS422總線通信為背景，介紹一種普適性較高的解包算法，開發者可根據實際應用中的數據特性，進一步細化。首先建立一個適當容量的環形緩沖區，軟件實現可采用結構體，包含讀、寫指針，一維數組，數組長度，并在讀寫過程中循環遍歷數組元素。由于RS422總線是異步串行通信，收發時差可能導致數據缺失，故需要將每周期接收到的數據依次存放在環形緩沖區，并在接收數據長度大于目標數據長度后，進行搜索解包。環形緩沖區利用寫指針進行存儲，讀指針進行解析，解包成功后讀指針將跳過當前數據包，以避免重復解析，如此循環首尾相接。圖3所示為環形緩沖區，目標包頭為0xAA55，標識位0x01，消息長度0x08，check為補碼校驗位。當環形緩沖區（a）的數據長度大于目標數據包長度時，開始從strat處搜索解包，讀取前4個字節，讀指針移動見（b），依次判斷包頭、字節長度是否正確，若正確則進行校驗和計算，讀指針移動至（e），根據校驗結果取出或丟棄當前數據包。當包頭判斷錯誤時，讀指針需要回退3個字節，如（c）所示，此時需要考慮0xAAAA55的情況。當包頭正確，字節長度錯誤時，讀指針需要回退2個字節，如（d）所示，此時需要考慮0xAA55AA55的情況，以避免丟包。當接收消息不唯一時還需要判斷標識位，同理可利用上述方法，但需要注意讀指針回退的字節長度。另外，環形緩沖區每次寫入和讀出都需要判斷是否發生溢出，即讀、寫指針移動到存儲數組的最后一個字節時，返回起始strat位置，重新開始下一輪的解析。

　　5結語

　　本文研究了一種RS422總線通信數據管理及解析方法，對使用RS422總線遇到的常見問題進行了分析，并針對接收丟包、重復開發、缺乏統一管理等問題設計了一套通用的管理解析方法。依次介紹了數據管理配置、發送接收流程以及解包算法。經實際工程驗證，該方法有效解決了丟包等問題，并在一定程度上提升了開發效率，可應用于不同的需求場景。

　　參考文獻：

　　[1]姬進.一種通用可配置RS422總線管理技術[J].電子測試,2018,000(003):164-165.

　　[2]邢達波,艾波.機載RS422總線采集技術應用研究[J].中國科技信息,2016,000(021):73-74.

　　[3]邢達波,李鐵林,艾波.機載RS422總線數據異常分析研究[J].中國科技信息,2017(2):28-29.

　　[4]王彥慶,寧亞峰,谷計劃.淺論機載RS422總線采集技術應用研究[J].工程技術(引文版),2017(1):00312-00312.

　　作者：宋丫 寧慧君 白曦