許 巧

（中國航天科工集團十院十部助理工程師，550000）

在研制一個新的設(shè)備的過程中，一般會有一些新的算法產(chǎn)生，為了驗證這些算法的有效性及可行性，需要進行必要的仿真。仿真一般包括數(shù)字仿真以及半實物仿真，半實物仿真是一種將真實設(shè)備加入仿真系統(tǒng)中與其他設(shè)備的仿真模型聯(lián)接在一起進行試驗的技術(shù)。相對于數(shù)字仿真，半實物仿真半實物仿真更接近于真實情況，得到的實驗結(jié)果更具備說服力。

在搭建仿真系統(tǒng)時，一些情況下需要按照各設(shè)備功能搭建為分布式仿真系統(tǒng)，分布式仿真系統(tǒng)中由于設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備之間的通信相對復(fù)雜，仿真系統(tǒng)中通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩耘c正確性對仿真結(jié)果有著重要影響。本文的研究內(nèi)容就是針對這樣一個分布式的仿真系統(tǒng)，設(shè)備之間的通信是通過串行接口來完成的，為了能夠提高通信數(shù)據(jù)的正確性，本文設(shè)計了一種處理串口信息的方法，采用該方法能夠更加真實地傳輸設(shè)備之間的通信數(shù)據(jù)。

1 銀河仿真系統(tǒng)

本文采用銀河仿真系統(tǒng)作為仿真平臺，該系統(tǒng)是一個功能強大的、適合于連續(xù)動力學(xué)系統(tǒng)全數(shù)字和半實物仿真的計算機系統(tǒng)，具有可擴展性強、建模仿真效率高、運行穩(wěn)定可靠等特點，其運行結(jié)構(gòu)見圖1，圖中幀循環(huán)部分以frameTime為周期，不斷循環(huán)調(diào)用該部分代碼實現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)性，每循環(huán)一次，運行幀數(shù)frameCount增加1拍。

2 串口通信的實現(xiàn)步驟

本文使用C語言來實現(xiàn)串口編程，串口通信程序一般包括以下四個步驟：

1）打開及配置串口：利用基于Windows API的CreatFile函數(shù)來對串口進行打開，同時需要對串口進行一些初始化配置工作，包含了諸如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗和停止位數(shù)等信息；

2）讀串口：通過函數(shù)ReadFile接收發(fā)送方傳輸過來的數(shù)據(jù)，本文所設(shè)計的處理方法主要針對該步驟；

3）寫串口：按定時周期將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入串口緩沖區(qū)內(nèi)，發(fā)送至通信另一端，函數(shù)WriteFile完成此工作；

4）關(guān)閉串口：串口使用完畢后需要釋放通信資源，避免其他應(yīng)用程序使用該串口造成錯誤。

上述四個步驟中讀串口與寫串口是根據(jù)系統(tǒng)的通信需要而定的，在某些程序中只有讀或?qū)懖僮?，本文所研究的仿真系統(tǒng)串口設(shè)置為波特率115200，1位起始位，1位數(shù)據(jù)位，8位數(shù)據(jù)位，采用偶校驗。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，每一幀數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)定義為幀頭并需要對幀頭進行判斷，幀校驗采用16位的CRC校驗。CRC校驗是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種差錯校驗碼，其特征是信息字段和校驗字段的長度可以任意選定，是一種數(shù)據(jù)傳輸檢錯功能，對數(shù)據(jù)進行多項式計算，并將得到的結(jié)果附在幀的后面，接收設(shè)備也執(zhí)行類似的算法，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。

3 一種串口信息的接收方式

仿真過程中可發(fā)現(xiàn)，若只是簡單的在每個周期節(jié)點上接收信息，所接到的信息存在失幀嚴(yán)重的情況，為了能夠最大程度地復(fù)現(xiàn)串口傳輸?shù)男畔?，在接收信息時需要進行一定的處理。本文采用一種通信周期內(nèi)多次接收的方式，即在硬件實時性可達的前提下將一個通信周期劃分為多個子周期，每個子周期均可接收信息，同時規(guī)定一個周期內(nèi)最大接收次數(shù)，該數(shù)小于通信周期與子周期之比。

在以銀河仿真系統(tǒng)為平臺的通信程序中，硬件操作周期一般是幀周期frameTime的整數(shù)倍，若通信周期T=n*frameTime，設(shè)子周期為m*frameTime，滿足n>m為整數(shù)，且n/m大于最大接收次數(shù)，在硬件實時性可達的情況下m盡量取小。每一個幀周期內(nèi)調(diào)用以下代碼：

1）判斷若frameCount除以n取余等于0則recvCount=0，comRecvSuccess=0, recvState=0，Tcount=0，轉(zhuǎn) 2）；

2）Tcount++，轉(zhuǎn) 3）；

3）判斷若Tcount-1除以m取余等于0且recvState等于0則轉(zhuǎn) 4），否則轉(zhuǎn) 9）；

4）recvCount ++，判斷若recvCount 小于最大接收次數(shù),是則轉(zhuǎn)5），若recvCount等于最大接收次數(shù)則轉(zhuǎn)6），否則recvState=1；

5）判斷comRecvSuccess是否等于0，若是則調(diào)用函數(shù)comRecv接收串口信息，函數(shù)返回值comRecvSuccess，1為成功，0為失敗，否則賦comRecvSuccess=2，轉(zhuǎn)6）；

6）判斷comRecvSuccess是否等于2，若是則轉(zhuǎn)7），否則轉(zhuǎn)9）；

7）調(diào)用信息處理函數(shù)comInfReform，返回值為comRecvSuccessState，1為成功，0為失敗，轉(zhuǎn)8）；

8）根據(jù)通信協(xié)議，將處理后的串口信息按字節(jié)組合為仿真機能夠使用的十進制信息，recvState=1，轉(zhuǎn)9）。

9）幀循環(huán)內(nèi)其他功能代碼；

函數(shù)comInfReform采用一種雙幀組合方式將串口接收到前拍信息與當(dāng)拍信息進行組合，若單幀信息正確則采用單幀信息，否則將上一幀數(shù)據(jù)與當(dāng)前幀數(shù)據(jù)進行組合截取正確信息，該方式雖然較為復(fù)雜，但能夠更好的復(fù)現(xiàn)串口傳輸信息，處理過程如下：

1）判斷接收到的當(dāng)前信息中，第一個字節(jié)與所定義的幀頭是否相等，若是，則轉(zhuǎn)2），否則轉(zhuǎn)3）；

2）根據(jù)通信雙方定義的校驗方式進行幀校驗，校驗正確則返回1，否則返回0，結(jié)束并返回1）；

3）將接收到前拍與當(dāng)拍串口信息依次存儲于同一數(shù)組comRecvBytesRawCat內(nèi)；定義comRecvBytesRawCat索引為0；

4）判斷數(shù)組comRecvBytesRawCat當(dāng)前索引對應(yīng)的數(shù)值與所定義的幀頭是否相等，若是轉(zhuǎn)5），否則轉(zhuǎn)6）；

5）按所定義的信息長度截取完整幀，根據(jù)通信雙方定義的校驗方式進行幀校驗，若校驗正確結(jié)束并返回1），否則轉(zhuǎn)6）；

6）comRecvBytesRawCat索引加1,并判斷是否超出comRecvBytesRawCat范圍，若是則結(jié)束且返回0，否則轉(zhuǎn)4）；

4 結(jié)論

為了驗證上述方法的有效性，本文將其應(yīng)用于某設(shè)備控制器設(shè)計的半實物仿真試驗中，以27.3毫秒為通信周期，按一般接收方式接收10000幀數(shù)據(jù)時丟幀100幀以上，使用本文所設(shè)計的方法丟幀可達10幀以下。根據(jù)以上分析可知，將本文所設(shè)計的方法應(yīng)用在分布式仿真系統(tǒng)中是可行的，提高了設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，為仿真系統(tǒng)的搭建提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1 YHSim程序的塊執(zhí)行順序示意圖

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