摘 要： 在航空產(chǎn)品的航電系統(tǒng)跨代升級(jí)中，F(xiàn)C總線數(shù)據(jù)的檢測(cè)分析是飛行試驗(yàn)對(duì)航空產(chǎn)品航電系統(tǒng)進(jìn)行鑒定的一項(xiàng)重要內(nèi)容。針對(duì)復(fù)雜航空環(huán)境下采集記錄的FC總線數(shù)據(jù)的多類、隨機(jī)性等特點(diǎn)，提出了對(duì)FC數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)元素的消息識(shí)別方法，以及FC總線數(shù)據(jù)幀的網(wǎng)絡(luò)特性檢測(cè)方法，并結(jié)合FC總線周期丟包檢測(cè)算法，設(shè)計(jì)了FC總線的檢測(cè)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜測(cè)試記錄的FC總線數(shù)據(jù)的檢測(cè)分析；最后在某試驗(yàn)機(jī)的飛行試驗(yàn)中進(jìn)行了應(yīng)用，獲得了飛行試驗(yàn)FC總線檢測(cè)分析結(jié)果，試驗(yàn)表明檢測(cè)分析的結(jié)果數(shù)據(jù)滿足飛行試驗(yàn)對(duì)航電系統(tǒng)進(jìn)行科研鑒定的需求。

關(guān)鍵詞： 檢測(cè)分析； 丟包； FC幀結(jié)構(gòu)； 飛行試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： TN98?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）02?0092?03

Detection and analysis technology of FC bus data collected in flight test

PENG Guojin， LIU Manting， HAN Lu

（Chinese Flight Test Establishment， Xi’an 710089， China）

Abstract： In the cross?generation upgrade for the avionics system of the aviation equipments， the detection and analysis of FC bus data are the important contents in the flight test to identify the avionics system of the aviation equipments. For the collected and recorded FC bus data in complex aviation environment has the characteristics of multiclass and randomness， the method to conduct the message identification of the key data elements for FC data ， and the method to detect the network characteristics of the FC bus data frame are put forward. The packet loss detection algorithm of FC bus cycle is adopted to design the detection and analysis technology of FC bus data. The detection and analysis of FC bus data recorded in testing in complex environment were realized. The technology was applied to the flight test of a testing aircraft， and the detection and analysis results of the FC bus were obtained in flight test. The test results show that the detection and analysis results can satisfy the scientific research and appraisal demands of flight test to avionics system.

Keywords： detection and analysis； packet loss； FC frame structure； flight test

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，航空環(huán)境下光纖通道FC總線技術(shù)逐漸成熟并進(jìn)行工程運(yùn)用。在飛行試驗(yàn)[1]工程領(lǐng)域，飛行試驗(yàn)總線數(shù)據(jù)分析技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代飛機(jī)飛行試驗(yàn)的重要內(nèi)容之一。在飛行試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)機(jī)載總線測(cè)試系統(tǒng)采集記錄航電系統(tǒng)FC總線，試飛工程師對(duì)該記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將分析的結(jié)果數(shù)據(jù)作為鑒定該試驗(yàn)機(jī)航電系統(tǒng)的重要依據(jù)。

在傳統(tǒng)的飛行試驗(yàn)總線處理中，因?yàn)椴杉涗洯h(huán)境是單一的，不會(huì)有復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境，記錄下試驗(yàn)文件只包含總線數(shù)據(jù)，并沒(méi)有檢測(cè)分析這一需求。但是在FC總線測(cè)試采集過(guò)程中，因FC總線的網(wǎng)絡(luò)特性，具有復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境、可能存在幀不完整以及丟包的缺點(diǎn)；所以在FC總線數(shù)據(jù)處理中對(duì)測(cè)試系統(tǒng)采集的FC總線進(jìn)行檢測(cè)分析包括：對(duì)采集的FC總線數(shù)據(jù)的完整幀檢測(cè)、對(duì)FC總線消息識(shí)別分析及丟包檢測(cè)分析是飛行試驗(yàn)鑒定飛機(jī)航電系統(tǒng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。所以FC總線的檢測(cè)分析就成為航電系統(tǒng)FC總線數(shù)據(jù)分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容，而在復(fù)雜航空環(huán)境下，飛行試驗(yàn)傳統(tǒng)航空總線數(shù)據(jù)分析技術(shù)已不適用新形勢(shì)下對(duì)FC總線進(jìn)行檢測(cè)分析。

1 飛行試驗(yàn)總線檢測(cè)分析

從某方面來(lái)說(shuō)，飛行試驗(yàn)是對(duì)航空產(chǎn)品整機(jī)到各個(gè)子系統(tǒng)的一個(gè)鑒定過(guò)程。隨著新技術(shù)不斷應(yīng)用于航空產(chǎn)品中，航電系統(tǒng)進(jìn)行了跨代升級(jí)，大量應(yīng)用于航空產(chǎn)品中的1553B總線技術(shù)逐漸被替代。新的技術(shù)構(gòu)架需要被飛行試驗(yàn)進(jìn)行科研鑒定，以保證其可行、穩(wěn)定。飛行試驗(yàn)總線檢測(cè)分析作為一項(xiàng)重要的技術(shù)鑒定手段，直接給試飛工程師提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.1 傳統(tǒng)飛行試驗(yàn)總線檢測(cè)分析

在以1553B航空電子總線為代表的三代機(jī)總線構(gòu)架技術(shù)中，1553B總線數(shù)據(jù)具有確定性，總線上傳輸?shù)目梢源_定的只有3種類型的字：命令字、狀態(tài)字和數(shù)據(jù)字，且每種字的長(zhǎng)度一定為20 b，其中包括3 b同步頭、16 b有效信息及一個(gè)奇偶校驗(yàn)位。對(duì)飛行試驗(yàn)總線測(cè)試采集來(lái)說(shuō)，記錄的1553B航電總線數(shù)據(jù)是單一的總線數(shù)據(jù)，是航電系統(tǒng)規(guī)范設(shè)計(jì)的1553B消息幀，沒(méi)有別的類型的數(shù)據(jù)被采集記錄，其測(cè)試環(huán)境單一，測(cè)試數(shù)據(jù)規(guī)范，故不需要專門針對(duì)1553B的進(jìn)行檢測(cè)分析。

1.2 新形勢(shì)下FC總線檢測(cè)分析

隨著航電總線的跨代升級(jí)，F(xiàn)C光纖通道技術(shù)應(yīng)用于航空產(chǎn)品。FC光纖通道具有高帶寬、開(kāi)放式互聯(lián)等特點(diǎn)，解決了航空產(chǎn)品中許多與高性能數(shù)據(jù)塊傳輸相關(guān)的難題；但是FC具有的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)也給飛行試驗(yàn)航電總線測(cè)試帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。在采用了FC光纖通道總線構(gòu)架技術(shù)后，對(duì)采用了新技術(shù)后的航電系統(tǒng)進(jìn)行鑒定是飛行試驗(yàn)一項(xiàng)重要內(nèi)容。應(yīng)用了FC總線技術(shù)后的航電系統(tǒng)，飛行試驗(yàn)測(cè)試環(huán)境也隨之變得復(fù)雜，測(cè)試系統(tǒng)需要在網(wǎng)絡(luò)化總線下進(jìn)行采集，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。針對(duì)新形勢(shì)下的航電總線網(wǎng)絡(luò)的延遲性、不確定性、丟包等缺點(diǎn)，對(duì)飛行試驗(yàn)測(cè)試采集的FC總線數(shù)據(jù)必須進(jìn)行檢測(cè)分析，以驗(yàn)證采集的總線數(shù)據(jù)可靠，進(jìn)而對(duì)航電系統(tǒng)進(jìn)行鑒定。同時(shí)傳統(tǒng)飛行試驗(yàn)航空總線數(shù)據(jù)分析技術(shù)不能滿足新形勢(shì)下FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)的需求，所以FC總線檢測(cè)分析必須解決這些問(wèn)題，才能滿足試飛工程科研鑒定的需求。

2 FC數(shù)據(jù)檢測(cè)分析

2.1 飛行試驗(yàn)FC總線

航空電子環(huán)境中的光纖通道[2?3]FC是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（ANSI）的X3T11小組于1988年開(kāi)始制定的一種高速串行傳輸協(xié)議。在我國(guó)航空產(chǎn)品上，其正逐漸取代傳統(tǒng)的1553B航空總線。在飛行試驗(yàn)總線測(cè)試系統(tǒng)中，F(xiàn)C總線消息幀被測(cè)試系統(tǒng)采集到之后，會(huì)被打上以太網(wǎng)UDP包頭，然后再發(fā)送給通用記錄器進(jìn)行記錄。所以在飛行試驗(yàn)中測(cè)試系統(tǒng)采集記錄的FC[4]總線消息幀格式如圖1所示。同時(shí)，通用總線測(cè)試系統(tǒng)的采集模塊還會(huì)將航電系統(tǒng)的底層通信等消息采集記錄下來(lái)，一并發(fā)送給記錄設(shè)備，這就給FC總線[5]檢測(cè)分析增加了難度，這也是檢測(cè)分析的一個(gè)難點(diǎn)。對(duì)飛行試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，需要知道采集記錄了哪些FC總線消息幀，以便與試驗(yàn)機(jī)航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總線消息幀進(jìn)行比對(duì)鑒定，同時(shí)對(duì)采集的FC總線消息幀進(jìn)行完整性和丟包檢測(cè)分析，以鑒定試驗(yàn)機(jī)航電系統(tǒng)總線性能的可靠性。

圖1 FC總線幀消息格式

2.2 FC總線檢測(cè)分析

由于FC總線飛行試驗(yàn)的測(cè)試環(huán)境及總線本身具有的網(wǎng)絡(luò)特性，需對(duì)FC總線進(jìn)行檢測(cè)分析。FC總線檢測(cè)分析主要包括：FC消息幀識(shí)別，F(xiàn)C完整幀檢測(cè)，F(xiàn)C幀丟包檢測(cè)。FC消息幀識(shí)別分析是FC總線數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，因飛行試驗(yàn)采集記錄的FC總線數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制存儲(chǔ)的，同時(shí)記錄的不僅僅只有FC總線數(shù)據(jù)，還有隨機(jī)的其他底層通信消息，所以要對(duì)飛行試驗(yàn)采集記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行FC消息幀識(shí)別。FC完整幀檢測(cè)分析是對(duì)FC總線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的必要步驟，對(duì)識(shí)別后的FC消息幀進(jìn)行完整性分析，以確定采集記錄的FC總線消息幀的完整性。FC幀丟包檢測(cè)分析是對(duì)試驗(yàn)機(jī)航電系統(tǒng)以及飛行試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)部署的一項(xiàng)重要的鑒定技術(shù)手段，對(duì)航電子系統(tǒng)之間通信的消息經(jīng)過(guò)核心交換機(jī)之后是否存在丟失數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確定航電系統(tǒng)之間通信的可靠性。

2.3 FC總線檢測(cè)分析過(guò)程

FC總線檢測(cè)分析的過(guò)程一般包含：

（1） 讀取飛行試驗(yàn)測(cè)試記錄的FC總線數(shù)據(jù)；

（2） 按照記錄協(xié)議開(kāi)始進(jìn)行FC總線的解析分析；

（3） 分析并找到完整的UPD數(shù)據(jù)包；

（4） 對(duì)完整的UPD數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

（5） 按照FC協(xié)議進(jìn)行FC總線的識(shí)別分析，確定記錄的FC消息幀；

（6） 分析并找到FC消息幀；

（7） 對(duì)FC消息幀進(jìn)行完整性分析；

（8） 對(duì)完整的FC消息幀進(jìn)行丟包分析檢測(cè)；

（9） 循環(huán)這一過(guò)程，直到檢測(cè)分析完成。

3 FC數(shù)據(jù)檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 FC總線消息識(shí)別分析技術(shù)

在對(duì)飛行試驗(yàn)海量FC總線數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)分析時(shí)，需不斷地讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行關(guān)鍵字段地判斷、跳過(guò)等操作。因?yàn)轱w行試驗(yàn)FC總線測(cè)試系統(tǒng)的記錄子系統(tǒng)采用了通用的網(wǎng)絡(luò)采集板卡，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的底層消息數(shù)據(jù)包進(jìn)行采集并和FC總線一起記錄在存儲(chǔ)設(shè)備中，這樣最后分析的FC總線飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)就是一個(gè)包含了多種數(shù)據(jù)的原始文件。 如圖1所示，在測(cè)試系統(tǒng)的采集子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了對(duì)采集到的標(biāo)準(zhǔn)的FC總線數(shù)據(jù)打標(biāo)記的技術(shù)手段來(lái)識(shí)別FC總線數(shù)據(jù)包，一般記錄包頭的識(shí)別字位置定義為0xFE6B2840，這樣在分析海量復(fù)雜原始FC總線數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)FC總線消息進(jìn)行識(shí)別分析：

（1） 按照以太網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，找到一個(gè)完整的UDP數(shù)據(jù)包；

（2） 判斷在記錄包頭的前4 B是否為0xFE6B2840；

（3） 如果不是則表示不是需要的FC幀，接著分析下一個(gè)數(shù)據(jù)包；

（4） 如果是則表示該數(shù)據(jù)包為所需要的FC總線數(shù)據(jù)幀。

通過(guò)識(shí)別字的判斷，實(shí)現(xiàn)了FC總線消息的識(shí)別判斷，確定測(cè)試系統(tǒng)記錄了哪些FC消息幀。

3.2 完整FC幀檢測(cè)技術(shù)

在獲得一個(gè)FC消息幀后，按照飛行試驗(yàn)的需求，需要對(duì)FC總線消息幀進(jìn)行完整性檢測(cè)，以鑒定FC總線幀的完整性。對(duì)照FC總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示，對(duì)關(guān)鍵字段信息進(jìn)行檢測(cè)，包括一個(gè)SOF定界符、一個(gè)EOF定界符和CRC字段：

（1） 首先對(duì)SOF界定符進(jìn)行檢測(cè)，它采用了SOFn3的編碼，并且SOFn3的編碼值：0xBCB53636；

（2） 如果SOF界定符的值不符合約定，則該數(shù)據(jù)幀就不是需要的消息幀；

（3） 其次對(duì)CRC字段進(jìn)行檢測(cè)，效驗(yàn)碼CRC由硬件計(jì)算并填入，一般為0xFFFFFFFF；

（4） 如果CRC界定符的值不符合約定，則該數(shù)據(jù)幀就不是我們需要的消息幀；

（5） 最后對(duì)EOF定界符進(jìn)行檢測(cè)分析，EOF采用了EOFtN的編碼，且其值為0xBC957575；

（6） 如果EOF界定符的值不符合約定，則該數(shù)據(jù)幀就不是需要的消息幀；

通過(guò)SOF定界符、EOF定界符和CRC字段的判斷，實(shí)現(xiàn)了FC總線消息的完整性檢測(cè)。

3.3 FC幀丟包檢測(cè)技術(shù)

FC總線為網(wǎng)絡(luò)化總線技術(shù)，同時(shí)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)FC總線的采集也運(yùn)用了網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)。理論上網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的運(yùn)用就會(huì)存在丟包現(xiàn)象，所以對(duì)采集記錄的FC總線數(shù)據(jù)進(jìn)行丟包檢測(cè)就非常有必要。 航電總線消息有兩類：一類是周期性消息，一類是事件消息。事件消息在標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議架構(gòu)下無(wú)法進(jìn)行丟包檢測(cè)，但是周期性消息可以進(jìn)行丟包檢測(cè)。對(duì)FC總線的丟包檢測(cè)主要針對(duì)周期性消息。 按照ICD信息文件的定義，對(duì)周期性消息進(jìn)行丟包檢測(cè)分析：

（1） 對(duì)記錄的FC試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行FC總線消息識(shí)別分析即FC幀完整性檢測(cè)分析；

（2） 對(duì)需要檢測(cè)分析的FC消息，讀取ICD數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)信息，特別是周期信息；

（3） 對(duì)FC消息幀進(jìn)行周期性檢測(cè)，比對(duì)每個(gè)周期ICD中定義的消息幀出現(xiàn)的次數(shù)和ICD定義中定義的次數(shù)是否一致，如果少于定義的則表示丟包；

（4） 對(duì)檢測(cè)分析的FC總線數(shù)據(jù)幀進(jìn)行丟包統(tǒng)計(jì)并給出結(jié)果。

通過(guò)周期信息的判斷，實(shí)現(xiàn)了FC總線消息的丟包檢測(cè)分析。

4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

使用C++語(yǔ)言[6]開(kāi)發(fā)了FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析軟件，分析軟件實(shí)現(xiàn)界面如圖2所示。

圖2 FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析軟件實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用該軟件對(duì)某試驗(yàn)機(jī)測(cè)試的FC數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)分析，確定測(cè)試系統(tǒng)采集記錄了哪些FC總線消息幀，同時(shí)對(duì)這些消息幀進(jìn)行了完整性和丟包分析。FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析軟件[7?10]分析結(jié)果表明：采用以上分析算法的軟件數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確，滿足了試飛工程師對(duì)海量FC試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)分析的需求?；谝陨纤惴ㄩ_(kāi)發(fā)的飛行試驗(yàn)FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析軟件已在多個(gè)試驗(yàn)機(jī)試飛中推廣使用。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了飛行試驗(yàn)對(duì)FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析的要求，在飛行試驗(yàn)傳統(tǒng)航空總線分析技術(shù)已不能滿足FC總線檢測(cè)分析的情況下，設(shè)計(jì)了在現(xiàn)代飛行試驗(yàn)中海量FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析的關(guān)鍵技術(shù)，采用這些算法設(shè)計(jì)了FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析軟件，解決了FC總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析的關(guān)鍵問(wèn)題。經(jīng)某試驗(yàn)機(jī)試飛實(shí)際驗(yàn)證，該軟件滿足了試飛工程師的FC總線檢測(cè)分析需求，為現(xiàn)代飛行試驗(yàn)航電系統(tǒng)鑒定提供了技術(shù)保障，在飛行試驗(yàn)總線數(shù)據(jù)檢測(cè)分析方面有廣闊的應(yīng)用前景。

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