周弘扬 张镇晖 邓家辉 李孟然 沈毅

摘 要：为解决飞行模拟机外设与操控主机间的通信问题，基于FSUIPC进行外设间通信平台开发，针对模拟机外设的多信息，即时反馈的特点，设计与其相适应的通信模式，提高不同模拟机外设与主机通信的统一性，可靠性，高度还原性，使利用P3D模拟飞行软件作为简易模拟机视景系统成为可能，让MCDU，油门，MCP等模拟外设能够有真实的控制体验和完整的數据体感反馈。为通过模拟飞行软件搭建简易模拟机提供可靠基础。

关键词：飞行模拟机；FSUIPC；通信

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

0 引言

飞行模拟机是进行飞行员飞行训练，机务维修训练，飞行爱好者真实体验飞行的重要手段和途径。飞行模拟机一般由多个系统组成，包括操控主机，视景系统，模拟机外设等。飞行模拟机是一个实时性要求很高、交换的数据量很大，精度要求非常高的实时仿真系统。针对存在的缺点和开发简易模拟机的实际需求，通过FSUIPC和UART串行通信结合，实现和模拟机外设和主机系统间的相互通信，建立多终端通信平台，准确快速传递控制信号和反馈信号，其数据传送更具有灵活性，实时性，同时提高多终端兼容性和开发快速。

1 FSUIPC和UART的功能

模拟机的视景系统作为模拟机系统的核心之一，其中飞行姿态、飞行环境、实时参数等信息并不能直接获取，以P3D作为简易模拟机的视景系统，不仅极大的缩短视景系统开发时间，同时飞行过程中的参数我们通过FSUIPC也可以方便的获取，而模拟机外设硬件的各种开关设置，轴向等操作信息的传递也需要通过FSUIPC传递到视景系统当中。FSUIPC作为为各种信息的传入和传出接口，起着信息的解释器的作用，没有FSUIPC就不能实现P3D视景系统和外设间的信息交互。

在外设获取到控制信息后或者视景系统反馈信息后，则利用UART串行同行口进行通信。使用UART串行口通信，只需要主机设备具有USB口，无需额外设备，即可通过USB总线进行通信。而且USB接口具有即插即用的特点，使用方便，无需额外设置。每个模拟机硬件只需要连接到一个USB口即可，而且根据USB协议特点，最多可拓展至127个设备，满足了多硬件连接的需求，且每个设备相互独立，不相互影响，即使一个模拟机外设硬件外设发生损坏，也不会影响其他设备。FSUIPC在解析到视景系统的信息后，经过软件平台解析，通过UART向连接到平台上的硬件发送，每个设备都有其专有的指令识别帧，当检测到该设备信息后，解析指令内容，显示在屏幕上或进行相应的动作，若不是该设备信息时，则丢弃相关数据。当外设硬件接受到人的操作后，将操作内容转化为操作码，与设备专有的指令识别帧相融合，通过UART发送到控制主机上，控制主机软件平台根据指令识别帧信息识别模拟机外设类型，并解析出相应内容，再通过FSUIPC进行解释，传送到视景系统中，实现控制反馈。

2 模拟机通信硬件设计

每个硬件可以向主机直接传送数据或者通过HUB结点间接向主机传送数据，因为UART串行通信口拥有相互独立的发送数据线和接受数据线，可以实现同时发出数据指令和接收数据指令。每个UART硬件节点可以单独控制一个整个硬件上的独立IO，或从硬件上采集到所需信息。以模拟机油门为例，微控制器可以通过模数转换ADC获得油门当前值，并透过UART传至主机终端。若油门具有力反馈功能，则主机还可以透过UART向油门控制器传送反馈信息。

3 FSUIPC通信机制的设置

硬件节点系统初始化时，需要对各个功能模块进行初始状态设置，初始化UART串口及串口中断，设置统一通信波特率，停止位，奇偶校验位信息，设置定时器中断为统一间隔，为程序数据回报间隔的统一提供基础，UART串口中断则为接收FSUIPC上位机数据做准备。

在飞机的飞行过程中，各种控制状态有着优先级之分，如飞机的仰角等姿态数据需要较高的更新频率，发动机油门的值相比于指示灯状态更重要，在模拟机同样对不同的数据的优先级也需要做不同的处理。在FSUIPC的通信设计过程中，通过UART串口指令识别帧建立其不同数据不同优先级的设计，在同时收到不同优先级数据时优先处理高优先级数据。例如在程序中，同时接收到两段指令：0xAA， … ，0xDD； 0xMM， … ，0xDD。程序优先处理指令识别帧为0xAA的数据，0xMM的数据则暂缓处理。

接收数据后，识别到数据类型后，需要对收到的数据进行解释处理，如果使油门值，则对数据进行油门范围转换，然后准换为FSUIPC协议格式，传送到P3D中，实现对视景系统的控制，如果是MCP数据则还需要解析出具体的控制项，通过FSUIPC转换，再传入视景系统，完成对控制面板旋钮的设置。其他模拟机硬件实现过程也可通过相同方法实现。

FSUIPC还要从视景系统中读取状态数据传送到模拟机硬件中，完成如MCDU的显示数据更新，这时就需要获得数据，经过FSUIPC解析后，获得硬件节点设备信息，加入对应硬件数据的数据识别帧后，向各硬件节点发送。各模拟机硬件节点在收到数据后，丢弃不属于本节点的信息，对属于本节点的信息进行解析，并将解析的数据显示到指定位置或完成相关设备的控制。

通过以上的通信机制的建立，使各种数据通过FSUIPC和UART 串口快速准确的在系统主机和硬件节点间传递。

4 结束语

分析了简易飞行模拟机通过FSUIPC和UART串口实现通信，控制，反馈的可行性，简述了FSUIPC通信的基本流程与通信机制。通过UART串口和FSUIPC实现的外设间通信速度快，传输可靠，通用性强，能够满足基于P3D视景系统各种简易模拟机的多种外设的通信需求，可以替代传统的模拟机外设通信方式，为后续多种模拟机外设的开发提供了重要的基础。

参考文献：

[1]王立文，郑宇.飞行模拟机高度保持仿真系统构建[J]. 电光与控制，2009，16（10）：66-69

基金：“大学生创新创业训练计划项目”资助；项目编号：IEPC201750024