劉 聰，周 龍，徐歷春，王利祥

(航空工業(yè)洪都，江西南昌330024)

0 引言

隨著三代機及更先進飛機的相繼投入使用，航空總線的應(yīng)用越來越廣泛，采用航空總線技術(shù)能大大提高飛機數(shù)據(jù)通訊的通訊量和傳輸精度、抗干擾性等。

在飛機的研制和使用過程中，經(jīng)常需要對航空總線數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，以便進行故障診斷；總線信號監(jiān)控儀就是為了完成對航空總線數(shù)據(jù)進行監(jiān)控而研制的。

現(xiàn)有的總線信號監(jiān)控儀多基于機型的技術(shù)狀態(tài)進行定制，一般能服務(wù)于設(shè)計時定制的機型，但很難做到通用化，每次進行新的型號研制工作時，又要重新研制總線信號監(jiān)控儀。為此，本文提出了基于數(shù)據(jù)庫和虛擬硬件層的通用型總線信號監(jiān)控儀，該設(shè)備能實現(xiàn)跨機型、跨硬件平臺使用，減少后續(xù)研發(fā)與維護的重復(fù)工作，降低項目的研發(fā)與維護成本。

1 概述

本文所述的總線信號監(jiān)控儀的主要功能是采集、監(jiān)控、分析、記錄和仿真國內(nèi)某技術(shù)標(biāo)準289A、HB6096、RS422總線數(shù)據(jù)，為了使監(jiān)控儀具有通用性與易操作性，主要采用的技術(shù)如下：

1)基于虛擬硬件層技術(shù)，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的硬件平臺；

2)建立基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)的ICD管理系統(tǒng)；

3)對監(jiān)控到的總線數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r解析；

4)能夠以曲線圖形表現(xiàn)出數(shù)據(jù)的變化。

2 設(shè)計方案及實現(xiàn)途徑

2.1 系統(tǒng)組成

總線監(jiān)控儀主要由便攜式計算機系統(tǒng)、ICD數(shù)據(jù)管理軟件、航電數(shù)據(jù)監(jiān)控分析軟件組成，其中，航電數(shù)據(jù)監(jiān)控分析軟件主要包括總線數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)回放軟件和數(shù)據(jù)仿真軟件。

2.1.1 便攜式計算機系統(tǒng)組成

便攜式計算機系統(tǒng)為總線監(jiān)控儀的運行提供硬件平臺，除了便攜式計算機外，還包括接口卡和電纜接插件，這些硬件設(shè)備共同完成GJB289A、HB6096、RS422總線數(shù)據(jù)的采集與輸出工作，便攜式計算機系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2.1.2 虛擬硬件層

總線信號監(jiān)控儀作為數(shù)據(jù)監(jiān)控、故障診斷的重要設(shè)備，使用場景已經(jīng)不再局限于試驗室，而是擴充到總裝車間、試飛現(xiàn)場及外場，這些使用場景不像試驗室，具有溫度和濕度控制設(shè)備，對設(shè)備的使用環(huán)境也存在不同的要求，因此對設(shè)備板卡硬件也有不同的選擇；作為一款通用型總線監(jiān)控儀，該系統(tǒng)應(yīng)能適應(yīng)不同硬件板卡，實現(xiàn)跨硬件平臺的使用。為此，在真實的硬件層和總線監(jiān)控軟件之間構(gòu)建了虛擬硬件層，通過虛擬硬件層驅(qū)動真實板卡服務(wù)于軟件應(yīng)用層，如圖2所示。

虛擬硬件層將不同廠家的驅(qū)動程序進行封裝，提供統(tǒng)一的接口供軟件應(yīng)用層調(diào)用，當(dāng)總線監(jiān)控軟件需要適配不同板卡時，用戶接觸到的軟件應(yīng)用層不需要進行任何更改，只需將虛擬硬件層與新的硬件板卡進行適配。虛擬硬件層將底層硬件和上層應(yīng)用軟件有效的隔離，從而保證了應(yīng)用軟件的一致性、延續(xù)性和可移植性，大大減少了工作量和工作周期。

2.1.3 航電數(shù)據(jù)監(jiān)控分析軟件組成

航電數(shù)據(jù)監(jiān)控分析軟件又由總線數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件、數(shù)據(jù)回放軟件和數(shù)據(jù)仿真軟件組成，其組成如圖3所示。

2.2 ICD(接口控制定義文件)數(shù)據(jù)管理軟件

飛機各個設(shè)備之間大量采用國內(nèi)某技術(shù)標(biāo)準289、HB6096、RS422數(shù)據(jù)總線進行通訊，不同型號飛機之間每種總線的接口控制定義又不完全相同，而且在實際的型號研發(fā)過程中，會不斷對接口控制協(xié)議進行更改，產(chǎn)生不同版本的ICD，因此有數(shù)量龐大的ICD文件需要管理。傳統(tǒng)ICD信息一般通過眾多的紙質(zhì)文件展現(xiàn)的，而且只能人工解讀，既不方便文件的管理，也不利于后續(xù)科研生產(chǎn)活動中ICD文件的查找和解讀，增加了工作難度，降低了工作效率。

本文介紹的通用總線信號監(jiān)控儀建立了一個數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理存在于本地的ICD文件信息，并利用ICD數(shù)據(jù)管理軟件提供的人機交互接口方便使用人員創(chuàng)建、導(dǎo)入、導(dǎo)出和瀏覽ICD文件，方便了使用人員對ICD文件的管理與使用，如圖4所示。

2.2.1 存儲ICD信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計

雖然不同型號飛機的ICD信息并不完全相同，但是很多型號之間部分ICD文件是可以通用的；在相同機型不同版本的ICD文件之間，雖然部分ICD文件存在改變，但是大量的ICD文件依然相同，通過建立多張索引表能夠很好的重復(fù)利用存儲于數(shù)據(jù)庫中的ICD文件，這樣既實現(xiàn)了所有機型不同版本ICD文件管理的數(shù)字化，同時還能最大限度的重復(fù)利用已有資源，如圖5所示。

用戶在使用本文所述的總線信號監(jiān)控儀時，首先要錄入相應(yīng)的ICD信息文件，該文件錄入過程，便是對數(shù)據(jù)庫的一個操作過程。用戶在錄入ICD信息文件前需要通過管理軟件的人機交互界面輸入 (新增)或者選擇(已有)飛機型號、ICD名稱和版本，軟件后臺會根據(jù)這些信息建立機型索引、ICD名稱及版本索引。機型索引為頂層索引，它反饋的是用戶輸入或者選擇飛機型號與數(shù)據(jù)庫中存儲的飛行型號的關(guān)系，每種機型占用機型索引表中的一個記錄項；ICD名稱及版本索引是二級索引，該索引反饋的是數(shù)據(jù)庫中某機型下已有ICD文件名稱和版本信息，同種機型不同ICD名稱，相同的ICD名稱不同的版本都占用二級索引表的一個記錄項；ICD文件索引為三級索引，該索引反饋了某版本的ICD的具體接口控制信息。

用戶通過數(shù)據(jù)庫管理軟件的人機交互界面選擇機型、ICD文件名稱和ICD版本，ICD數(shù)據(jù)庫根據(jù)相關(guān)索引可以方便、快捷的找到所需文件。由于該數(shù)據(jù)庫存在于總線數(shù)據(jù)監(jiān)控儀中，這也為后文所述總線監(jiān)控儀自動解析監(jiān)控到的總線數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。

2.2.2 WORD格式ICD文件導(dǎo)入及導(dǎo)出

現(xiàn)有的ICD信息文件大多數(shù)為人工編輯，多采用WORD格式，而且各個單位的WORD文件有很大的差異性。如果通過手工錄入的方式將這些ICD信息錄入到ICD數(shù)據(jù)庫管理軟件中，既費時又費力。因此在項目研制過程中設(shè)計了一個WORD格式導(dǎo)入工具，實現(xiàn)了對WORD格式ICD文件的導(dǎo)入，其識別率可達90%以上，大大節(jié)約了人力成本和時間成本。

ICD數(shù)據(jù)管理軟件還可將數(shù)據(jù)庫中指定飛機版本的定義信息以WORD文件格式導(dǎo)出，方便對已修改的ICD信息進行打印、備份和留存。導(dǎo)出的WORD文件格式進行了統(tǒng)一化處理，可為以后對WORD格式的ICD文件統(tǒng)一化奠定基礎(chǔ)；此外，由于很多ICD不同版本之間的差異不是太大，因此可以將舊版本ICD信息導(dǎo)出,按照新的控制文件要求更改導(dǎo)出的文件，將更改后的文件重新導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫便實現(xiàn)了新版本ICD信息的錄入。

2.3 總線數(shù)據(jù)監(jiān)控軟件（圖6）

現(xiàn)有的總線信號監(jiān)控儀多采用以下兩種方式：

1）使用貨架產(chǎn)品進行總線信號原碼監(jiān)控，這種方式通常是將采集到的總線信號以十六進制的形式數(shù)據(jù)展示，這種方式雖然能夠最貼近的反映總線上傳輸?shù)男盘栃畔?，但是監(jiān)控儀使用人員需要結(jié)合接口控制文件對監(jiān)控到的數(shù)據(jù)進行人工解讀，工作量大，效率低，并且對監(jiān)控儀使用人員的技術(shù)要求較高。

2）基于飛機的技術(shù)狀態(tài)定制總線信號監(jiān)控儀，這種方式研制的設(shè)備一般能服務(wù)于設(shè)計時選定的機型，但是很難兼顧其他機型，無法在不同機型間通用。進行新的型號研制工作時，需要重新研制相應(yīng)的總線信號監(jiān)控儀，費時、費力。

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)機的更新?lián)Q代，總線信號監(jiān)控儀的作用越來越重要，使用場景由具有較好使用環(huán)境的試驗室擴充到總裝車間、試飛現(xiàn)場及外場，使用者也將逐漸由專業(yè)的技術(shù)人員擴充到試驗人員、外場技術(shù)人員，因此，有必要研制一型使用技術(shù)要求低、能適應(yīng)各種使用環(huán)境的通用型總線信號監(jiān)控儀。

本文所述的監(jiān)控軟件能夠記錄監(jiān)控到的所有數(shù)據(jù)，并且提供了3種實時顯示數(shù)據(jù)的方式：即原碼數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)和曲線數(shù)據(jù)。

原碼數(shù)據(jù)：將采集到的總線信號直接以十六進制數(shù)據(jù)形式展現(xiàn)。這種方式比較符合傳統(tǒng)的監(jiān)控儀器數(shù)據(jù)查看習(xí)慣，原碼數(shù)據(jù)需要專業(yè)人員通過查看接口控制文件進行人工解讀，此外這種方式監(jiān)控出來的數(shù)據(jù)直接反應(yīng)的是總線物理通道上傳輸?shù)男畔ⅲ瑪?shù)據(jù)可靠性較高。

工程數(shù)據(jù):利用存儲在本地ICD數(shù)據(jù)庫中的ICD信息，將監(jiān)控到的原碼數(shù)據(jù)由軟件自動解析，實時顯示結(jié)算出的工程量數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)簡單、直觀，監(jiān)控人員能夠非常方便的查看想要的數(shù)據(jù)值，但是工程數(shù)據(jù)解算強烈依賴于ICD數(shù)據(jù)庫中的ICD信息，因此數(shù)據(jù)的可靠性不如原碼數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)曲線：以最近的2000個周期采集的數(shù)據(jù)作為采樣點，畫出平滑的數(shù)據(jù)曲線。這種數(shù)據(jù)曲線反應(yīng)的是監(jiān)控數(shù)據(jù)隨著周期 (時間)推進的變化情況，在不關(guān)心具體數(shù)據(jù)值，只需觀察數(shù)據(jù)變化趨勢時比較直觀。

對于要顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容，國內(nèi)某技術(shù)標(biāo)準289A總線數(shù)據(jù)可以通過選擇A/B通道、RT地址、子地址以及收發(fā)標(biāo)記進行篩選，HB6096總線數(shù)據(jù)最多可以監(jiān)控8路通道數(shù)據(jù)，RS422總線數(shù)據(jù)最多可以監(jiān)控6路通道數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)回放軟件（圖7）

在試驗生產(chǎn)過程中，往往需要對某一個時間段(為了便于描述，我們稱一個時間段內(nèi)需要進行數(shù)據(jù)分析的某些時間段數(shù)據(jù)為“典型時間段數(shù)據(jù)”)的總線數(shù)據(jù)進行分析，因此，應(yīng)對保存下來的總線數(shù)據(jù)進行解讀、回放。數(shù)據(jù)回放軟件就是用于將總線監(jiān)控軟件記錄的所有數(shù)據(jù)進行回放再現(xiàn)。

現(xiàn)有的數(shù)據(jù)回放軟件通常是采用單幀數(shù)據(jù)回放的格式，這種方式便于對典型時間段的數(shù)據(jù)進行分析，但是，如果保存的數(shù)據(jù)時間比較長，則難以在這個長時間段的數(shù)據(jù)中找出需要分析的典型時間段數(shù)據(jù)。為了解決這個問題，本文介紹的總線信號監(jiān)控儀采用了數(shù)據(jù)曲線圖回放和單幀數(shù)據(jù)回放相結(jié)合的顯示方式。

數(shù)據(jù)回放軟件通過添加篩選條件篩選出需要回放的數(shù)據(jù)內(nèi)容，回放軟件讀取監(jiān)控軟件記錄下的監(jiān)控數(shù)據(jù)，根據(jù)篩選條件將相應(yīng)的每組數(shù)據(jù)作為一個記錄顯示在界面窗口中。對于時間段較短的數(shù)據(jù)，直接采用單幀回放的方式顯示數(shù)據(jù)。對于時間段長的數(shù)據(jù)，可以先通過數(shù)據(jù)曲線圖回放的形式快速查看完整的數(shù)據(jù)變化過程，根據(jù)數(shù)據(jù)變化的過程找出典型時間段數(shù)據(jù)，然后對典型時間段采用單幀數(shù)據(jù)回放進行具體的解讀分析。通過兩種回放顯示方式的結(jié)合使用，能夠讓數(shù)據(jù)分析人員比較快速的找到典型數(shù)據(jù)，從而有針對性的進行分析，減少了大量傳統(tǒng)單幀回放方式浪費在分析無用數(shù)據(jù)上的時間。

2.5 數(shù)據(jù)仿真軟件（圖8）

數(shù)據(jù)仿真軟件用來模擬發(fā)送各類總線數(shù)據(jù)，包括對國內(nèi)某技術(shù)標(biāo)準289A總線上遠程終端 (RT)的仿真和HB6096總線數(shù)據(jù)的仿真。用戶在仿真界面選擇所需仿真的數(shù)據(jù)種類，由數(shù)據(jù)仿真軟件后臺加載存儲于ICD數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)ICD文件來自動配置的仿真數(shù)據(jù)的參數(shù)，然后用戶在仿真界面窗口手動設(shè)置所需發(fā)送的數(shù)據(jù)值，發(fā)送的數(shù)據(jù)值可以設(shè)置為一定范圍的隨機值和固定值兩種情況，數(shù)據(jù)仿真軟件將設(shè)置好的數(shù)據(jù)值按照預(yù)先設(shè)定的周期發(fā)送出去，從而達到模擬仿真其他終端的目的。

該軟件可以利用存儲于ICD數(shù)據(jù)庫中相關(guān)的ICD文件信息，后臺自動根據(jù)ICD文件提供的信息進行仿真數(shù)據(jù)的解析，所以人機界面比其他仿真設(shè)備更加人性化，方便操作。

3 結(jié)語

某型總線信號監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控功能覆蓋了現(xiàn)有常用的航空通用總線，可以兼容其他機型的使用。該設(shè)備在監(jiān)控數(shù)據(jù)的同時還能將監(jiān)控的數(shù)據(jù)存儲下來，以便進行數(shù)據(jù)回放。同時，還集成了數(shù)據(jù)仿真功能，能夠根據(jù)ICD配置文件仿真出多個系統(tǒng)發(fā)送的航電數(shù)據(jù)，為綜合航電系統(tǒng)的測試、分析和地面保障等工作提供了便利。

[1]航空數(shù)據(jù)總線1553B/ARCINC429基礎(chǔ)培訓(xùn)介紹.

[2]MIL_STD_1553 Tutorial.

[3]某型總線監(jiān)控儀技術(shù)協(xié)議書.