基于FSUIPC的飛行模擬機外設間通信的研究

周弘揚 張鎮暉 鄧家輝 李孟然 沈毅

摘 要：為解決飛行模擬機外設與操控主機間的通信問題，基于FSUIPC進行外設間通信平臺開發，針對模擬機外設的多信息，即時反饋的特點，設計與其相適應的通信模式，提高不同模擬機外設與主機通信的統一性，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視景系統成為可能，讓MCDU，油門，MCP等模擬外設能夠有真實的控制體驗和完整的數據體感反饋。為通過模擬飛行軟件搭建簡易模擬機提供可靠基礎。

關鍵詞：飛行模擬機；FSUIPC；通信

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

0 引言

飛行模擬機是進行飛行員飛行訓練，機務維修訓練，飛行愛好者真實體驗飛行的重要手段和途徑。飛行模擬機一般由多個系統組成，包括操控主機，視景系統，模擬機外設等。飛行模擬機是一個實時性要求很高、交換的數據量很大，精度要求非常高的實時仿真系統。針對存在的缺點和開發簡易模擬機的實際需求，通過FSUIPC和UART串行通信結合，實現和模擬機外設和主機系統間的相互通信，建立多終端通信平臺，準確快速傳遞控制信號和反饋信號，其數據傳送更具有靈活性，實時性，同時提高多終端兼容性和開發快速。

1 FSUIPC和UART的功能

模擬機的視景系統作為模擬機系統的核心之一，其中飛行姿態、飛行環境、實時參數等信息并不能直接獲取，以P3D作為簡易模擬機的視景系統，不僅極大的縮短視景系統開發時間，同時飛行過程中的參數我們通過FSUIPC也可以方便的獲取，而模擬機外設硬件的各種開關設置，軸向等操作信息的傳遞也需要通過FSUIPC傳遞到視景系統當中。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就不能實現P3D視景系統和外設間的信息交互。

在外設獲取到控制信息后或者視景系統反饋信息后，則利用UART串行同行口進行通信。使用UART串行口通信，只需要主機設備具有USB口，無需額外設備，即可通過USB總線進行通信。而且USB接口具有即插即用的特點，使用方便，無需額外設置。每個模擬機硬件只需要連接到一個USB口即可，而且根據USB協議特點，最多可拓展至127個設備，滿足了多硬件連接的需求，且每個設備相互獨立，不相互影響，即使一個模擬機外設硬件外設發生損壞，也不會影響其他設備。FSUIPC在解析到視景系統的信息后，經過軟件平臺解析，通過UART向連接到平臺上的硬件發送，每個設備都有其專有的指令識別幀，當檢測到該設備信息后，解析指令內容，顯示在屏幕上或進行相應的動作，若不是該設備信息時，則丟棄相關數據。當外設硬件接受到人的操作后，將操作內容轉化為操作碼，與設備專有的指令識別幀相融合，通過UART發送到控制主機上，控制主機軟件平臺根據指令識別幀信息識別模擬機外設類型，并解析出相應內容，再通過FSUIPC進行解釋，傳送到視景系統中，實現控制反饋。

2 模擬機通信硬件設計

每個硬件可以向主機直接傳送數據或者通過HUB結點間接向主機傳送數據，因為UART串行通信口擁有相互獨立的發送數據線和接受數據線，可以實現同時發出數據指令和接收數據指令。每個UART硬件節點可以單獨控制一個整個硬件上的獨立IO，或從硬件上采集到所需信息。以模擬機油門為例，微控制器可以通過模數轉換ADC獲得油門當前值，并透過UART傳至主機終端。若油門具有力反饋功能，則主機還可以透過UART向油門控制器傳送反饋信息。

3 FSUIPC通信機制的設置

硬件節點系統初始化時，需要對各個功能模塊進行初始狀態設置，初始化UART串口及串口中斷，設置統一通信波特率，停止位，奇偶校驗位信息，設置定時器中斷為統一間隔，為程序數據回報間隔的統一提供基礎，UART串口中斷則為接收FSUIPC上位機數據做準備。

在飛機的飛行過程中，各種控制狀態有著優先級之分，如飛機的仰角等姿態數據需要較高的更新頻率，發動機油門的值相比于指示燈狀態更重要，在模擬機同樣對不同的數據的優先級也需要做不同的處理。在FSUIPC的通信設計過程中，通過UART串口指令識別幀建立其不同數據不同優先級的設計，在同時收到不同優先級數據時優先處理高優先級數據。例如在程序中，同時接收到兩段指令：0xAA， … ，0xDD； 0xMM， … ，0xDD。程序優先處理指令識別幀為0xAA的數據，0xMM的數據則暫緩處理。

接收數據后，識別到數據類型后，需要對收到的數據進行解釋處理，如果使油門值，則對數據進行油門范圍轉換，然后準換為FSUIPC協議格式，傳送到P3D中，實現對視景系統的控制，如果是MCP數據則還需要解析出具體的控制項，通過FSUIPC轉換，再傳入視景系統，完成對控制面板旋鈕的設置。其他模擬機硬件實現過程也可通過相同方法實現。

FSUIPC還要從視景系統中讀取狀態數據傳送到模擬機硬件中，完成如MCDU的顯示數據更新，這時就需要獲得數據，經過FSUIPC解析后，獲得硬件節點設備信息，加入對應硬件數據的數據識別幀后，向各硬件節點發送。各模擬機硬件節點在收到數據后，丟棄不屬于本節點的信息，對屬于本節點的信息進行解析，并將解析的數據顯示到指定位置或完成相關設備的控制。

通過以上的通信機制的建立，使各種數據通過FSUIPC和UART 串口快速準確的在系統主機和硬件節點間傳遞。

4 結束語

分析了簡易飛行模擬機通過FSUIPC和UART串口實現通信，控制，反饋的可行性，簡述了FSUIPC通信的基本流程與通信機制。通過UART串口和FSUIPC實現的外設間通信速度快，傳輸可靠，通用性強，能夠滿足基于P3D視景系統各種簡易模擬機的多種外設的通信需求，可以替代傳統的模擬機外設通信方式，為后續多種模擬機外設的開發提供了重要的基礎。

參考文獻：

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

基金：“大學生創新創業訓練計劃項目”資助；項目編號：IEPC201750024