RS422总线广泛应用于工业现场数据连接，许多工业设备的通信接口都采用了RS422总线。因此利用RS422总线实现模型与实物的实时数据交换以进行半实物仿真，是目前工业装备研制过程中的迫切需求。 世冠科技自主研发的GCAir系统仿真测试验证一体化平台，可以满足虚拟到半实物的一体化仿真需求，能够支持RS422总线的管理调度，基于GCAir可以实现RS422总线半实物仿真。 本文以控制器Cont和执行装置Act之间RS422总线通信为例，详细介绍了在GCAir中通过RS422总线实现半实物仿真的方法。通过搭建工程实际测试，验证了基于GCAir的RS422总线通信能够满足工业装备半实物仿真的需求。 RS422总线标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，最初由电子工业协会制订发布，现已广泛应用于航空、航天、船舶、兵器、电子等领域的数据通信。
RS422总线采用全双工通信方式，以平衡发送和差分接收方式传输信号，数据传输采用五线制，发送正、发送负、接收正、接收负、地线，其中发送信号和接收信号通常以两组双绞线为传输介质。RS422总线支持单点发送、多点接收的通信方式，允许在相同传输线上连接多个接收节点。
- 抗干扰能力强——采用平衡发送和差分接收，能够有效减少噪声信号的干扰；
- 可靠性强——接口信号电平较低，不易损坏接口电路芯片。
2.1 GCAir简介
GCAir系统仿真测试验证一体化平台是世冠科技基于MBSE思想完全自主研发的一款工业软件，为复杂装备系统研制的正向设计提供了工具支撑，为数字孪生技术落地应用提供了解决方案。GCAir支持多源异构模型集成，从全虚拟到半实物一键切换，能够在同一平台上完成模型在环、软件在环、硬件在环测试，具备连续综合集成测试验证的能力，可应用于复杂装备从设计研发到运行维护的全生命周期。它有以下特点：
在GCAir中单击“总线+”按钮新建“RS422总线”，选择“所属库”并输入总线名称，在“总线管理”窗口的“基本属性”选项卡中显示新建总线的基本属性。 
根据通信接口协议文件，在“报文信号”选项卡中，对RS422总线的通信报文进行配置，包括报文的名称、长度、周期、相位、模式、大小端等。选中某条报文后，配置该条报文包含的信号，包括信号的名称、类型、描述、起始字节、起始位、数据长度、是否有符号、初始值、增益、偏移等。 本例中控制器Cont发送、执行装置Act接收的报文长度为6，包括2个帧头、3个指令信号、1个校验，通信周期5ms，报文信号配置如图3所示。 执行装置Act发送、控制器Cont接收的报文长度为9，包括2个帧头、6个指令信号、1个校验，通信周期10ms，以同样格式完成配置。 
根据通信接口协议文件，在“信号释义”选项卡中，按照需要对信号进行说明描述，提高模型的可读性。 
根据通信接口协议文件，在“报文节点”选项卡中，配置总线报文节点，可设置通信波特率、奇偶校验、停止位、收发矩阵等参数。 本例中波特率为230400bps，无奇偶校验，报文Cont_to_Act由控制器Cont发送、执行装置Act接收，报文Act_to_ Cont由执行装置Act发送、控制器Cont接收，报文节点配置如图5所示。 
在GCAir中单击“子系统+”按钮新建子系统，子系统命名为“Cont”，作为控制器子系统。 
点击“ICD配置”，选择对应的库Lib_T，点选“总线”，选择建立的RS422总线，并设置节点，在右侧子系统上可调整RS422总线位置。 
选中子系统，右键选择“进入子系统内部”，编辑子系统模型，并完成内部信号连线。 
以同样的方法，建立执行装置Act子系统，并添加RS422总线。将两个子系统的RS422总线连接起来，仿真工程就搭建完成了。 
GCAir支持在2D面板中提供数据值、曲线、仪表等多种形式的数据显示。本例通过“变量表”显示收发数据的实时数值，通过“y(t)曲线”显示数据的实时曲线，通过属性设置将信号分别与变量表、曲线相关联。 
GCAir软件支持通过RS422总线进行实时数据交换，可通过“一键切换”的方式从虚拟仿真切换到半实物仿真。方法如下： a）从GCAir菜单选择“建模/设置硬件文件”，从列表中选择硬件文件：HWConfig.xml，此文件描述了实际的RS422板卡硬件资源。 
b）右键单击Act子系统，选中“设置为被测硬件”，在“Bus”选项卡中单击“硬件端口”栏，从中选择使用的RS422总线硬件通道，Act子系统外框变为红色。即在半实物仿真中Cont子系统为虚拟模型，Act子系统被设备实物代替。 
c）在外部连接选定的RS422总线硬件通道接口和设备接口。 单击更换“引擎按钮”，勾选“获取实时仿真机IP”。 
单击“开始”按钮进行半实物仿真，可打开2D面板查看RS422总线收发的实时数据或曲线。 
GCAir系统仿真测试验证一体化平台不但可以进行虚拟仿真，也支持通过RS422总线等进行数据通信实现半实物仿真。在GCAir中，只需设置被测硬件，即可一键从虚拟仿真切换到半实物仿真，实现在虚拟模型与实物之间实时进行数据通信，操作简单方便。通过测试表明，基于GCAir的RS422总线通信能够满足工业装备半实物仿真的需求。 
