UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) забезпечує надійний послідовний обмін даними між цифровими пристроями. Спочатку він перетворює паралельні дані в послідовну форму для передачі. Потім приймаюча сторона знову перетворює дані в паралельну форму. Завдяки цьому простий інтерфейс широко використовується у вбудованих навігаційних системах. Інерційні навігаційні системи ( INS) базуються на обміні даними з датчиків у режимі реального часу. Отже, UART забезпечує простий та ефективний спосіб підключення інерційних вимірювальних блоків (IMU) до процесорів.
На відміну від більш складних інтерфейсів, UART не вимагає виділеної лінії тактового сигналу. Натомість дані передаються з використанням настроюваних швидкостей передачі та стандартних форматів кадрування. Кожна передача включає стартовий, дані, біт парності та стоп-біт. Отже, ця структура забезпечує виявлення помилок та синхронізацію між пристроями. На практиці INS генерують великі потоки даних з акселерометрів та гіроскопів.
Швидкість передачі даних UART та швидкість виведення даних
Швидкість передачі даних визначає, скільки символів або бітів за секунду передає UART. Більша швидкість передачі даних підвищує пропускну здатність, що є важливим для швидкої передачі IMU . Однак вищі швидкості також роблять сигнал більш чутливим до перешкод та якості лінії зв’язку. Частота виведення даних з IMU , як часто датчик генерує навігаційні дані. Наприклад, IMU видавати вимірювання з частотою 200 Гц або вище. Щоб надійно передавати ці дані, швидкість передачі UART повинна бути обрана з урахуванням обсягу даних датчика та накладних витрат протоколу.
Довжина кабелю безпосередньо впливає на продуктивність UART. Довші кабелі збільшують ємність та опір, що може спотворювати сигнали при високих швидкостях передачі. Як результат, коротші кабелі дозволяють використовувати вищі швидкості передачі, тоді як довші кабелі можуть вимагати зниження швидкості передачі для збереження цілісності даних. Наприклад, швидкість передачі 115200 бод може надійно працювати на відстані кількох метрів, але швидкості понад 1 Мбіт/с зазвичай вимагають дуже коротких, добре екранованих кабелів.
Тому інженери повинні збалансувати ці три параметри. Якщо IMU високу швидкість виведення даних, потрібна достатньо висока швидкість передачі, але довжина кабелю повинна залишатися короткою, щоб уникнути втрати даних. І навпаки, якщо довше кабельне з'єднання є неминучим, зменшення швидкості передачі даних або використання інтерфейсів диференціальної передачі, таких як RS-422 або RS-485, забезпечує стабільний зв'язок.
Як результат, канал UART передає цю інформацію безпосередньо до навігаційного комп'ютера. Затримка є мінімальною, а протокол вимагає дуже низьких накладних витрат. Таким чином, інженери віддають перевагу UART для простої та надійної інтеграції системи. Крім того, інтерфейс підтримує гнучке підключення та мінімальні апаратні ресурси. Він особливо ефективний у компактних або обмежених за енергоспоживанням системах. До того ж, в оборонних та аерокосмічних INS надійність і стабільність є критичними вимогами.
UART забезпечує безперервний потік даних без складних комунікаційних стеків. Більше того, розробники можуть оптимізувати швидкість передачі даних відповідно до швидкості передачі даних датчиків. Наприклад, високошвидкісні IMU видають кілька кілобайт на секунду. Тому інтерфейс UART може впоратися з цією вимогою при правильній конфігурації.
Тим часом методи управління потоком запобігають втраті даних в умовах високого навантаження. Апаратні або програмні буфери також ефективно керують асинхронними спалахами даних. У свою чергу, детермінована поведінка UART покращує передбачуваність у вбудованих системах. Для підвищення цілісності розробники часто поєднують UART з протоколами вищого рівня. Відповідно, перевірка помилок та формування пакетів додають надійності обміну навігаційними даними. Цей підхід забезпечує точну комунікацію в складних умовах експлуатації.
Підсумовуючи, UART надає перевірене рішення для інтеграції INS .
