（91550部隊 大連 116023）

1 引言

現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)通常采用的是MIL-STD-1553B時分制指令/響應(yīng)多路傳輸數(shù)據(jù)總線通信系統(tǒng)，它包括總線控制器（BC）、遠程終端（RT）、總線監(jiān)控器（BM）及電纜等，是一種集中控制、分布式處理的系統(tǒng)［1～2］。為了保證通信系統(tǒng)正常運行，使系統(tǒng)在調(diào)試、互聯(lián)、檢測等過程中，對發(fā)生的故障、技術(shù)問題能夠準確定位、及時排除，需要一種能夠完成這種任務(wù)的檢測仿真設(shè)備。

LabVIEW是虛擬儀器概念的首創(chuàng)者，是美國National Instruments（簡稱NI）公司推出的一款圖形化軟件開發(fā)環(huán)境［3～6］。LabVIEW版本中首次引入了面向?qū)ο缶幊痰乃枷耄脩艨蓜?chuàng)建更易維護的代碼，令代碼的修改不影響應(yīng)用程序中的其它代碼，也可用于創(chuàng)建用戶定義的數(shù)據(jù)類型［7～8］。

Unified Modeling Language（簡稱UML）是一種面向?qū)ο蟮慕ＵZ言，用來描述軟件從需求分析到實現(xiàn)和測試的全過程。它涵蓋了面向?qū)ο蟮姆治?、設(shè)計和實現(xiàn)，融合了早期面向?qū)ο蠼７椒ê透鞣N建模語言的優(yōu)點，為面向?qū)ο笙到y(tǒng)的開發(fā)、軟件自動化工具與環(huán)境提供了豐富的、嚴謹?shù)摹U充性強的表達方式［9～10］。UML 是由圖和元模型組成的。圖是UML的語法，而元模型則給出了圖的意思，是UML的語義。UML語言中的核心概念包括用例圖、用例、角色、協(xié)作圖、順序圖、狀態(tài)圖、類圖、組件圖、配置圖等。

本文基于UML采用面向?qū)ο缶幊痰姆椒ǎ?1］，在LabVIEW中實現(xiàn)了某型號武器火控系統(tǒng)內(nèi)部的1553B通訊仿真。其具有以下特點：

1）與面向過程的編程方法相比，極大地降低了模塊之間的耦合性，保證了不同模塊可以完全獨立的開發(fā)、測試、維護和升級；

2）LabVIEW與傳統(tǒng)的面向?qū)ο缶幊陶Z言不同，它采用強大的圖形化語言（G語言）編程，面向測試工程師而非專業(yè)程序人員，編程非常方便，人機交互界面直觀友好，開發(fā)周期短，具有強大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點。

2 體系結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成

某型號武器火控系統(tǒng)內(nèi)部的1553B通訊系統(tǒng)由總線監(jiān)控器（BM）、總線控制器（BC）和三個遠程終端（RT），通過1553B總線接口并經(jīng)過總線介質(zhì)互連而成，各自操作獨立，資源和功能則可通過網(wǎng)絡(luò)共享。其中，BC用來控制RT的接收和發(fā)送信息，BM負責(zé)接收總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并截取選定的信息作為備份。

為了實現(xiàn)上述1553B總線通訊系統(tǒng)的功能，本文利用自行開發(fā)的某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)和一塊QCP-1553板卡模擬BC，采用三片BU65170模擬RT。

2.2 軟件開發(fā)工具

本某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)采用LabVIEW開發(fā)，利用該軟件中提供的面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，用戶可以使用已創(chuàng)建的類和對象，也可以自己創(chuàng)建新的類和對象；同時可創(chuàng)建更易維護的代碼，令代碼的修改不影響應(yīng)用程序中的其他代碼［12～13］。

2.3 硬件組成

本某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)需要的硬件資源主要包括：一臺筆記本電腦、一個PCMCIA卡、兩根專用通訊電纜、一臺NI公司的PXI-1036機箱、一塊NI公司的PXI 8310板卡、兩塊Condor公司的QCP1553單功能板卡、兩根1553B通訊電纜和三片DDC的BU65170等。硬件資源的安裝連接示意圖見圖1所示。

3 設(shè)計思想

為了模擬BC的功能，某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)需要通過1553B總線向每個RT發(fā)送控制命令和參數(shù)，實時接收并處理RT反饋的參數(shù)，并能監(jiān)測總線上異常數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)向每個RT發(fā)送8種類型的消息，接收RT反饋的12種類型的消息，所有消息的接收、發(fā)送和處理按照如下的設(shè)計思想實現(xiàn)。

圖1 硬件資源的安裝連接示意圖

1）廣播時間數(shù)據(jù)

通過1553B總線向每個RT廣播系統(tǒng)時間，所有RT均以該廣播時間作為自己內(nèi)部的系統(tǒng)時鐘時間，廣播周期為512ms，廣播的時間精度為0.5ms。為確保廣播時間的精準，采用硬件中斷而非軟件定時的方式來計時；

2）發(fā)送控制命令

通過突發(fā)方式向RT發(fā)送一條系統(tǒng)維護命令和一條控制命令，這兩條命令之間的時間間隔為1s，在此時間內(nèi)，1553B總線上禁止發(fā)送和接收任何消息；

3）廣播平臺參數(shù)

向RT廣播平臺參數(shù)，廣播周期為512ms；廣播的平臺參數(shù)用戶可以自定義，也可以隨機生成；

4）發(fā)送工作數(shù)據(jù)

以突發(fā)方式向RT發(fā)送工作數(shù)據(jù)，每條工作數(shù)據(jù)的長度最多為64字節(jié)，相鄰兩條工作數(shù)據(jù)的發(fā)送間隔最短為800μs；

5）發(fā)送長抱環(huán)測試數(shù)據(jù)

向RT發(fā)送長抱環(huán)測試數(shù)據(jù)，發(fā)送周期為512ms；

6）發(fā)送模式碼指令

向RT發(fā)送四種模式碼指令。其中，發(fā)送狀態(tài)字和啟動自測試以突發(fā)方式發(fā)送，發(fā)送矢量字的發(fā)送周期為32ms，發(fā)送BIT字的發(fā)送周期為1s；

7）顯示并回放接收的參數(shù)

接收、解析并保存RT發(fā)送給BC的各種工作參數(shù)，對接收的各種工作參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多種方式的回放；

8）監(jiān)控總線故障

對于RT中產(chǎn)生的通信故障和消息傳輸過程中產(chǎn)生的故障進行監(jiān)控，這些故障包括無響應(yīng)、校驗錯、格式錯和終端故障等，對于檢測出的故障應(yīng)能通過界面實時顯示給用戶；能模擬各種通信故障，監(jiān)測RT對錯誤的反應(yīng)和處理能力；

9）異常報警

實時監(jiān)測1553B總線上的異常參數(shù)和數(shù)據(jù)，對異常情況進行報警。

4 軟件設(shè)計

某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)使用UML（統(tǒng)一建模語言）建立系統(tǒng)仿真模型，在詳細設(shè)計階段通過設(shè)計類圖來描述各個類的屬性、操作以及類與類之間的接口。該系統(tǒng)的軟件功能主要是由MessageType、SimOperation和AbnormalData三個類完成。

圖2 某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

通過創(chuàng)建MessageType實例來增加、刪除或者修改總線上每條消息的序號、控制字、下一條消息的序號、命令字、消息間隔和消息內(nèi)容等，實現(xiàn)總線上消息的任意修改。

通過創(chuàng)建AbnormalData實例，描述了總線上關(guān)鍵消息參數(shù)的名稱、數(shù)據(jù)類型、分辨率、顯示格式和轉(zhuǎn)換公式等，一旦總線上該關(guān)鍵參數(shù)產(chǎn)生異常，本系統(tǒng)會立即發(fā)出報警信號。

通過創(chuàng)建SimOperation實例，實現(xiàn)了對總線上各種消息的接收和發(fā)送，顯示和回放接收的各種工程參數(shù)，監(jiān)控總線故障并對異常報警等功能。

此外，通過創(chuàng)建InterfaceRelation實例，定義了本仿真系統(tǒng)對各種消息的發(fā)送和接收關(guān)系。

某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)的核心類如圖3所示。

完成了某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)的仿真模型和系統(tǒng)設(shè)計類圖后，在LabVIEW中創(chuàng)建了 MessageType.lvclass、SimOperation.lvclass、AbnormalData.lvclass、InterfaceRelation.lvclass和 Data.lvclass，其中AbnormalData類是Data類的子類，兩者都包含了同名的Display.vi，該vi為動態(tài)vi。某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)的項目類視圖如圖4所示。

圖3 某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)核心類

圖4 某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)的項目類視圖

5 關(guān)鍵技術(shù)分析

某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)的交聯(lián)關(guān)系較為復(fù)雜，對總線上消息傳輸?shù)膶崟r性提出了很高的要求。由于總線上需要處理20種消息的接收和發(fā)送，尤其當不同長度不同周期的消息交替的接收和發(fā)送，同時存在異步數(shù)據(jù)需要處理時，處理難度異常的大。

解決上述問題的傳統(tǒng)方法是采用軟件定時的辦法，設(shè)置多個定時器，每條消息發(fā)送和接收的周期設(shè)置為定時器的定時周期。經(jīng)過多次實驗證明，當總線上處理的周期消息的種類在10種以上，同時相鄰兩條非周期消息的發(fā)送間隔為1ms以下時，軟件定時1min會產(chǎn)生5s的誤差。因此，軟件定時的方法不能夠滿足系統(tǒng)的實時性要求。

為了保證1553B總線通訊的可靠性和實時性，避免出現(xiàn)消息遺漏和通訊延誤的現(xiàn)象，采用中斷技術(shù)，在每個消息傳輸結(jié)束，產(chǎn)生消息結(jié)束中斷，在中斷服務(wù)程序?qū)鬏斖甑南⑦M行處理。然而，Windows操作系統(tǒng)對中斷不開放，在Windows下開發(fā)中斷處理程序是非常困難的，Windows操作系統(tǒng)的非實時性，決定了在其下開發(fā)的程序的非實時性。但是，Windows提供了消息循環(huán)機制和線程機制，采用Windows的線程機制和QCP1553板卡的中斷機制相結(jié)合可以解決這個問題。

當一條消息運行結(jié)束時，QCP1553板卡產(chǎn)生消息結(jié)束中斷，QCP1553板卡將該條消息數(shù)據(jù)存儲到板卡的雙口存儲器中。在Windows應(yīng)用系統(tǒng)中創(chuàng)建一個線程，該線程在平時處于“睡眠等待”狀態(tài)，當查詢到有中斷產(chǎn)生時，線程被“喚醒”，中斷服務(wù)程序?qū)ο⑦M行處理。采用Windows消息循環(huán)機制和板卡實時中斷機制相結(jié)合，保證了消息傳輸?shù)膶崟r性。實驗證明，在周期消息和非周期消息混合發(fā)送的前提下，非周期消息之間的間隔可以達到μs級。

6 結(jié)語

該套基于LabVIEW開發(fā)的某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)自投入使用以來，能夠正確地組織消息進行傳輸，能夠?qū)ο⑦M行實時監(jiān)控，并將消息實時地顯示給用戶，全面跟蹤系統(tǒng)的工作狀態(tài)，人機界面良好，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析、故障定位、系統(tǒng)排故等提供了有力的支持，保證了某型號武器火控系統(tǒng)各項綜合試驗的順利進行?；赨ML的某型號武器火控1553B綜合仿真系統(tǒng)稍加修改即可用于外場檢測，也可用于其它型號設(shè)備數(shù)據(jù)總線的檢測，具有良好的可擴展性。