CN109462530A - 一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，包括以下步骤：Slip协议帧包括起始字符、数据域和终止字符，所述起始字符和终止字符均为0xC0，所述数据域包括：帧头：用于记录帧的标识信息；音频字段：用于储存音频数据数组中的元素；所述帧头包括：源终端字段：用于表示发送音频数据的源设备；类型字段：用于表示数据类型；保留字段：用于动态扩展源终端字段和类型字段。本发明一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，将RS422总线技术和Slip协议相结合，用于机载数字音频系统，替换专用的数据总线和硬件设备，可将有效降低研制成本，提高系统的灵活性、可扩展性和可维护性。

Description

一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法
技术领域
本发明涉及飞机通信技术领域，具体涉及一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法。
背景技术
随着电子技术在飞机中的大规模使用，航空电子在飞机中发挥着日益重要的作用，其广泛分布于无线电通信导航系统、飞行控制系统、起落架控制系统等。在飞机的无线电通信导航系统中，其主要的功能是实现空天、空空、空地的语音通信和数据通信。其中语音通信是飞机的无线电通信导航系统中的核心功能，大量信息通过音频信号传递给飞行员的听觉系统，可有效降低飞行员的工作负担，提升飞行员的态势感知能力。
如图1所示，常用架构的处理方式是通过A/D芯片采样后，将数字音频信号通过支持特定协议的板卡发送至数据信号处理模块(例如ARINC429协议)，经过一定的处理后再通过支持特定协议的板卡发送至目的端。该结构的缺点在于以专用的硬件为核心，设备的功能比较固定，不具备高可扩展性的特点、且开发成本和维护成本高昂。为减少对硬件的依赖，降低研制成本，提高系统的可扩展性。设计一种可通用的数字音频传输技术日渐成为焦点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的飞机数字音频通信技术以专用的硬件为核心，设备的功能比较固定，不具备高可扩展性的特点、且开发成本和维护成本高昂，目的在于提供一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，包括以下步骤：S1：发送端使用Slip协议对数字音频进行组包生成Slip帧，并通过RS422总线发送至接收端；所述Slip协议帧包括起始字符、数据域和终止字符，所述起始字符和终止字符均为0xC0，所述数据域包括：帧头：用于记录帧的标识信息；音频字段：用于储存音频数据数组中的元素；所述帧头包括：源终端字段：用于表示发送音频数据的源设备；类型字段：用于表示数据类型；保留字段：用于动态扩展源终端字段和类型字段。S2：所述接收端接收Slip帧，并对Slip帧进行处理后获取数字音频数据。
现有技术中，飞机数字音频通信技术常用架构的处理方式是通过A/D芯片采样后，将数字音频信号通过支持特定协议的板卡发送至数据信号处理模块(例如ARINC429协议)，经过一定的处理后再通过支持特定协议的板卡发送至目的端。该结构的缺点在于以专用的硬件为核心，设备的功能比较固定，不具备高可扩展性的特点、且开发成本和维护成本高昂。
本发明应用时，发明人采用RS422总线和Slip协议相结合，应用在机载数字音频系统中。RS422是一种通用异步串行接口(URAT)，最高数据传输速度可达10Mb/s。RS422使用两根线发送每个信号，以增加最大波特率和线缆长度。RS422支持点对多的双向通信，一个发送器可连接到最多10个接收器。通过RS422总线传输数据，需先从起始位标志开始传输，当收到停止位标志时传输停止，在开始位与停止位之间是数据位和检验位。Slip协议是一种通用的网际协议，用于数据打包。SLIP协议定义了专用的字符来处理在串行线路上的数据包。SLIP协议定义了两个特殊字符，END和ESC。END是八进制数300(十六进制数0xC0)，ESC是八进制数333(十六进制数0xDB)，开始发送数据包后，SLIP协议会检查数据包中的每一字节，如果与END字符相同则以ESC和八进制数334(十六进制数0xDC)两个字节替代，若与ESC字符相同，则以ESC字符和八进制数335(十六进制数0xDD)替代。当最后一个字符发送完毕后，将发送一个END字符。使用Slip协议对数字音频进行组包，再通过RS422总线将已封装好的数字音频进行传输。
发明人发现在机载数字音频系统中使用本方法时，需要先保证支持RS422总线的发送和接收方波特率一致。假设模拟音频PCM码流采样速率为8kSamples/s，采样精度为16bit，每t毫秒对采样的音频数据进行，每次需要处理的有效音频数据为256t位，即32t字节。则每秒至少需要传输的有效音频数据为256t*1000/t等于256000位。则波特率的设置至少为512000bps/s。为了实现使用Slip协议对数字音频进行组包并通过RS422总线进行传输，发明人创造性的设计的一种专用的Slip帧，用以记录数字音频的特征信息、源终端识别信息等，并使其具备一定的可扩展性。虽然RS422总线和Slip协议都属于现有技术，但是为了保障RS422总线的发送和接收方波特率一致，并且可以通过Slip协议发送数字音频，本发明创造性的设计了一种专用的Slip帧，使得被储存在数组中的音频数据可以被有效准确的发送。本发明将RS422总线技术和Slip协议相结合，用于机载数字音频系统，替换专用的数据总线和硬件设备，可将有效降低研制成本，提高系统的灵活性、可扩展性和可维护性。
进一步的，所述帧头为一个字节，且源终端字段为两个位，类型字段为三个位，保留字段为三个位。
本发明应用时，源终端字段表示发送数字音频的源设备，例如：00：设备1；01：设备2；10：设备3；11：设备4；这样使得本发明中的Slip帧可以更好的适应于飞机的运行环境；而类型字段为三个位用某一特定16进制数表示数据类型，如0x5，从而方便RS422总线传输时接收端对帧数据的识别；而预留三个位的字段，方便于后续扩展使用，在未使用时，使用缺省值000。通过上述的帧位数设置，即保障了Slip帧可以搭载有效的标识信息，又使得标识信息不会大量占用Slip帧中的有限空间。同时通过这样设置的Slip帧在进行RS422总线的传输过程中，数据包较小，即使在硬件不佳的情况下，也不易发生丢包现象。
进一步的，所述音频字段储存一个完整的音频数据数组，且所述音频数据数组中一个元素为一个字节。
进一步的，步骤S1包括以下子步骤：S11：设置数字音频的标识信息，所述标识信息包括数据音频的源设备信息和数据类型；S12：将数字音频数据依次存入音频数组；S13：将标识信息填充进帧头并完成Slip帧处理；S14：将处理后的Slip帧通过RS422总线发送给接收端。
本发明应用时，为了准确的将数字音频发送，发送端设置数字音频的标识信息并储存进帧头，从而方便接收端对数字音频进行识别和校核；还将数字音频数据依次存入音频数组从而实现Slip帧中数据域的封装；最后对Slip帧处理后通过RS422总线发送。
进一步的，步骤S13包括以下子步骤：发送端将数字音频数据填充进音频字段；发送端将Slip帧中除了起始字符和终止字符的0xC0转为0xDB、0xDC，将数据中的0xDB转为0xDB、0xDD。
本发明应用时，SLIP协议定义了两个特殊字符，END和ESC。END是八进制数300(十六进制数0xC0)，ESC是八进制数333(十六进制数0xDB)，开始发送数据包后，SLIP协议会检查数据包中的每一字节，如果与END字符相同则以ESC和八进制数334(十六进制数0xDC)两个字节替代，若与ESC字符相同，则以ESC字符和八进制数335(十六进制数0xDD)替代。当最后一个字符发送完毕后，将发送一个END字符。
进一步的，步骤S2包括以下子步骤：接收端接收包含音频数据的Slip帧；接收端将Slip帧中除了起始字符和终止字符的连续的0xDB、0xDC转为0xC0，将数据中连续的0xDB、0xDD转为0xDB；接收端通过Slip帧中的标识信息判断数据类型是否与预定义的保持一致，若相同则保存，若不同则丢弃。
本发明应用时，Slip协议本身是不提供纠错服务的，所以本申请中采用添加数据类型的方式对Slip帧进行改进，从而实现了对Slip帧的纠错服务，并且对于RS422总线来说，对Slip帧添加数据类型的字段，还可以使得该RS422总线同时可以使用其他协议对数据进行传输，有效的提高了本申请的通用性和适用性。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，将RS422总线技术和Slip协议相结合，用于机载数字音频系统，替换专用的数据总线和硬件设备，可将有效降低研制成本，提高系统的灵活性、可扩展性和可维护性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明现有技术示意图；
图2为本发明帧格式示意图；
图3为本发明实施例示意图；
图4为本发明实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图2所示，本发明一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，包括以下步骤：S1：发送端使用Slip协议对数字音频进行组包生成Slip帧，并通过RS422总线发送至接收端；所述Slip协议帧包括起始字符、数据域和终止字符，所述起始字符和终止字符均为0xC0，所述数据域包括：帧头：用于记录帧的标识信息；音频字段：用于储存音频数据数组中的元素；所述帧头包括：源终端字段：用于表示发送音频数据的源设备；类型字段：用于表示数据类型；保留字段：用于动态扩展源终端字段和类型字段。S2：所述接收端接收Slip帧，并对Slip帧进行处理后获取数字音频数据。
本实施例实施时，发明人采用RS422总线和Slip协议相结合，应用在机载数字音频系统中。RS422是一种通用异步串行接口(URAT)，最高数据传输速度可达10Mb/s。RS422使用两根线发送每个信号，以增加最大波特率和线缆长度。RS422支持点对多的双向通信，一个发送器可连接到最多10个接收器。通过RS422总线传输数据，需先从起始位标志开始传输，当收到停止位标志时传输停止，在开始位与停止位之间是数据位和检验位。Slip协议是一种通用的网际协议，用于数据打包。SLIP协议定义了专用的字符来处理在串行线路上的数据包。SLIP协议定义了两个特殊字符，END和ESC。END是八进制数300(十六进制数0xC0)，ESC是八进制数333(十六进制数0xDB)，开始发送数据包后，SLIP协议会检查数据包中的每一字节，如果与END字符相同则以ESC和八进制数334(十六进制数0xDC)两个字节替代，若与ESC字符相同，则以ESC字符和八进制数335(十六进制数0xDD)替代。当最后一个字符发送完毕后，将发送一个END字符。使用Slip协议对数字音频进行组包，再通过RS422总线将已封装好的数字音频进行传输。
发明人发现在机载数字音频系统中使用本方法时，需要先保证支持RS422总线的发送和接收方波特率一致。假设模拟音频PCM码流采样速率为8kSamples/s，采样精度为16bit，每t毫秒对采样的音频数据进行，每次需要处理的有效音频数据为256t位，即32t字节。则每秒至少需要传输的有效音频数据为256t*1000/t等于256000位。则波特率的设置至少为512000bps/s。为了实现使用Slip协议对数字音频进行组包并通过RS422总线进行传输，发明人创造性的设计的一种专用的Slip帧，用以记录数字音频的特征信息、源终端识别信息等，并使其具备一定的可扩展性。虽然RS422总线和Slip协议都属于现有技术，但是为了保障RS422总线的发送和接收方波特率一致，并且可以通过Slip协议发送数字音频，本发明创造性的设计了一种专用的Slip帧，使得被储存在数组中的音频数据可以被有效准确的发送。本发明将RS422总线技术和Slip协议相结合，用于机载数字音频系统，替换专用的数据总线和硬件设备，可将有效降低研制成本，提高系统的灵活性、可扩展性和可维护性。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，所述帧头为一个字节，且源终端字段为两个位，类型字段为三个位，保留字段为三个位。
本实施例实施时，源终端字段表示发送数字音频的源设备，例如：00：设备1；01：设备2；10：设备3；11：设备4；这样使得本发明中的Slip帧可以更好的适应于飞机的运行环境；而类型字段为三个位用某一特定16进制数表示数据类型，如0x5，从而方便RS422总线传输时接收端对帧数据的识别；而预留三个位的字段，方便于后续扩展使用，在未使用时，使用缺省值000。通过上述的帧位数设置，即保障了Slip帧可以搭载有效的标识信息，又使得标识信息不会大量占用Slip帧中的有限空间。同时通过这样设置的Slip帧在进行RS422总线的传输过程中，数据包较小，即使在硬件不佳的情况下，也不易发生丢包现象。
同时，将所述音频字段中储存一个完整的音频数据数组，且所述音频数据数组中一个元素为一个字节。具体数据结构见下表：表中可以看到一个digitalAudio为8位，也就是一个元素为8位，当每2.625ms处理一次采样的音频数据时，数组的Size为84，也就是一个数组的数据量为84字节。
其中标识信息的bit1-bit3表示数据类型；bit7-bit8表示数据的源终端识别信息；bit4-bit6为保留位，可用来动态的扩展类型信息或者源终端识别信息。因而Slip协议封转的音频数据包括1字节的帧头信息，一定数量字节的有效音频数据，则用来传输数字音频的帧格式如图1。
实施例3
如图3所示，本实施例在实施例1的基础上，步骤S1包括以下子步骤：S11：设置数字音频的标识信息，所述标识信息包括数据音频的源设备信息和数据类型；S12：将数字音频数据依次存入音频数组；S13：将标识信息填充进帧头并完成Slip帧处理；S14：将处理后的Slip帧通过RS422总线发送给接收端。
本实施例实施时，为了准确的将数字音频发送，发送端设置数字音频的标识信息并储存进帧头，从而方便接收端对数字音频进行识别和校核；还将数字音频数据依次存入音频数组从而实现Slip帧中数据域的封装；最后对Slip帧处理后通过RS422总线发送。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上，步骤S13包括以下子步骤：发送端将数字音频数据填充进音频字段；发送端将Slip帧中除了起始字符和终止字符的0xC0转为0xDB、0xDC，将数据中的0xDB转为0xDB、0xDD。
本实施例实施时，SLIP协议定义了两个特殊字符，END和ESC。END是八进制数300(十六进制数0xC0)，ESC是八进制数333(十六进制数0xDB)，开始发送数据包后，SLIP协议会检查数据包中的每一字节，如果与END字符相同则以ESC和八进制数334(十六进制数0xDC)两个字节替代，若与ESC字符相同，则以ESC字符和八进制数335(十六进制数0xDD)替代。当最后一个字符发送完毕后，将发送一个END字符。
实施例5
如图4所示，本实施例在实施例1的基础上，步骤S2包括以下子步骤：接收端接收包含音频数据的Slip帧；接收端将Slip帧中除了起始字符和终止字符的连续的0xDB、0xDC转为0xC0，将数据中连续的0xDB、0xDD转为0xDB；接收端通过Slip帧中的标识信息判断数据类型是否与预定义的保持一致，若相同则保存，若不同则丢弃。
本实施例实施时，Slip协议本身是不提供纠错服务的，所以本申请中采用添加数据类型的方式对Slip帧进行改进，从而实现了对Slip帧的纠错服务，并且对于RS422总线来说，对Slip帧添加数据类型的字段，还可以使得该RS422总线同时可以使用其他协议对数据进行传输，有效的提高了本申请的通用性和适用性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：发送端使用Slip协议对数字音频进行组包生成Slip帧，并通过RS422总线发送至接收端；
所述Slip协议帧包括起始字符、数据域和终止字符，所述起始字符和终止字符均为0xC0，所述数据域包括：
帧头：用于记录帧的标识信息；
音频字段：用于储存音频数据数组中的元素；
所述帧头包括：
源终端字段：用于表示发送音频数据的源设备；
类型字段：用于表示数据类型；
保留字段：用于动态扩展源终端字段和类型字段；
S2：所述接收端接收Slip帧，并对Slip帧进行处理后获取数字音频数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，其特征在于，所述帧头为一个字节，且源终端字段为两个位，类型字段为三个位，保留字段为三个位。
3.根据权利要求1所述的一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，其特征在于，所述音频字段储存一个完整的音频数据数组，且所述音频数据数组中一个元素为一个字节。
4.根据权利要求1所述的一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，其特征在于，步骤S1包括以下子步骤：
S11：设置数字音频的标识信息，所述标识信息包括数据音频的源设备信息和数据类型；
S12：将数字音频数据依次存入音频数组；
S13：将标识信息填充进帧头并完成Slip帧处理；
S14：将处理后的Slip帧通过RS422总线发送给接收端。
5.根据权利要求4所述的一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，其特征在于，步骤S13包括以下子步骤：
发送端将数字音频数据填充进音频字段；
发送端将Slip帧中除了起始字符和终止字符的0xC0转为0xDB、0xDC，将数据中的0xDB转为0xDB、0xDD。
6.根据权利要求1所述的一种基于RS422总线和Slip协议的飞机数字音频传输方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：
接收端接收包含音频数据的Slip帧；
接收端将Slip帧中除了起始字符和终止字符的连续的0xDB、0xDC转为0xC0，将数据中连续的0xDB、0xDD转为0xDB；
接收端通过Slip帧中的标识信息判断数据类型是否与预定义的保持一致，若相同则保存，若不同则丢弃。
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