一種新型的RS-422總線數(shù)據(jù)處理算法研究與實(shí)現(xiàn)

徐　茜，宮海波，葉　冰

(中國飛行試驗(yàn)研究院，西安　710089)

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一種新型的RS-422總線數(shù)據(jù)處理算法研究與實(shí)現(xiàn)

徐茜，宮海波，葉冰

(中國飛行試驗(yàn)研究院，西安710089)

為了滿足某型機(jī)試飛數(shù)據(jù)中新型RS-422總線參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控和事后數(shù)據(jù)處理需求，提出了針對該新型RS-422總線參數(shù)的算法設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案;通過分析該新型RS-422總線參數(shù)的通信協(xié)議及數(shù)據(jù)包格式，決定采用調(diào)整機(jī)載格柵中數(shù)據(jù)的幀結(jié)構(gòu)排放以及重置帶頭中參數(shù)采樣率的方式，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的解析及還原算法，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)時監(jiān)控以及事后處理軟件;該軟件已經(jīng)成功應(yīng)用于該型機(jī)的飛行試驗(yàn)中，為飛機(jī)飛行安全監(jiān)控以及事后數(shù)據(jù)處理分析提供了有力保障。

RS-422；實(shí)時監(jiān)控；數(shù)據(jù)處理；算法

0　引言

隨著航空技術(shù)的不斷進(jìn)步，飛行試驗(yàn)技術(shù)也在不斷發(fā)展。在飛行試驗(yàn)中，通過對飛機(jī)上各子系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、記錄，并將采集到的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行遙測監(jiān)控來保障飛行安全[1-2]。飛行結(jié)束后，通過對機(jī)載記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以鑒定飛行任務(wù)執(zhí)行情況和飛機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)[3]。

隨著航空電子技術(shù)日新月異的發(fā)展，機(jī)載通信設(shè)備的復(fù)雜性也越來越高，設(shè)備間通信采用的各種總線技術(shù)也在不斷發(fā)展[4]。飛機(jī)各個系統(tǒng)間總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對飛機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)的評定起著至關(guān)重要的作用，因此，對飛機(jī)各類總線數(shù)據(jù)的采集、記錄和處理是飛行試驗(yàn)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的總線類型包括RS-422、429、1553B和光纖總線等[5]。在某型機(jī)的科研試飛任務(wù)中，相對于1553B、429等總線參數(shù)，RS-422總線參數(shù)占所有采集參數(shù)的比重達(dá)到70%，對該型機(jī)的試飛鑒定起著舉足輕重的作用。與以往的422總線參數(shù)相比，該新型422總線的通信及數(shù)據(jù)包格式有很大改變，因此，如何將該新型422總線參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確解算，并進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和事后處理是本文研究的關(guān)鍵問題。

1　通信及數(shù)據(jù)包格式

該422總線的數(shù)據(jù)通信協(xié)議為自定義協(xié)議，與以往的422總線相比，具有不同的通信及數(shù)據(jù)包格式。其數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)為：SS，L，O，DDDDDDDDDDDDDDDD…，C，每個部分的具體定義如下：

1)SS：同步碼(U8*2)，值為0xaa，0xaa；

2)L：數(shù)據(jù)包長度(U8*1)，值為L+O+D+C；

3)O：命令代碼(U8*1)，值為0～255；

4)D：長度不定，表示數(shù)據(jù)包信息內(nèi)容；

5)C：校驗(yàn)值(U8*1)，其值為將L，O，D進(jìn)行異或和校驗(yàn)后得到的8位校驗(yàn)碼。

數(shù)據(jù)包信息內(nèi)容如表1所示。

表1　數(shù)據(jù)包信息內(nèi)容

每個數(shù)據(jù)包包含8個參數(shù)數(shù)值，每個數(shù)值占2個字，低位在前，高位在后。每64個數(shù)據(jù)包的數(shù)值組成一幀，每幀的幀頭為0x0247,0x05B8,0x0A47,0x0DB8其中的一個，為同步頭，每4個幀組成一大包，包中每個幀幀頭的排列順序依次為0x0247,0x05B8,0x0A47,0x0DB8。

包序號表示當(dāng)前包在整個數(shù)據(jù)包中的序號，取值為0～255，即包序號為0～63的數(shù)據(jù)包組成第一幀，包序號為64～127、128～191、192～255的數(shù)據(jù)包分別為第二至第四幀，總數(shù)值數(shù)為2048(8*256)。

2　軟件設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)方法

2.1軟件的算法及關(guān)鍵代碼

2.1.1采樣點(diǎn)的幀結(jié)構(gòu)排放及采樣率設(shè)置

該422總線上記錄的是飛參數(shù)據(jù)，參數(shù)數(shù)值分布在2048個采樣點(diǎn)上。采樣點(diǎn)的編號從0開始，表示參數(shù)在整個數(shù)據(jù)包中的采樣位置。每個采樣點(diǎn)由兩個字的數(shù)據(jù)組成，每個字的高8位是有效位。

參數(shù)的采樣率由其采樣點(diǎn)信息決定，如參數(shù)“幀同步字符”，其采樣點(diǎn)為4個，則在全部2048個采樣點(diǎn)中，參數(shù)“幀同步字符”的值分布在4個采樣點(diǎn)內(nèi)。如何將這4個采樣點(diǎn)的值作為一個參數(shù)“幀同步字符”的數(shù)值提取出來，是需要解決的首要問題。經(jīng)過對ICD的反復(fù)分析，決定將全部2048個采樣點(diǎn)放在格柵中的某一連續(xù)位置，并將每個參數(shù)對應(yīng)的采樣點(diǎn)放在同一列內(nèi)。設(shè)計(jì)采用的幀格式為每秒16個長周，每個長周32個短周，每個短周256個字。排列方式是：2048個采樣點(diǎn)按要求放在從第0行第114列～第31行第248列的對應(yīng)位置。以參數(shù)“幀同步字符”為例，由于其采樣點(diǎn)為4個，編號分別為0、512、1024、1536，每個采樣點(diǎn)由兩個字組成，則將其0號采樣點(diǎn)放在第0行第114列、115列，512號采樣點(diǎn)放在第8行第114列、115列，1024號采樣點(diǎn)放在第16行第114列、115列，1536號采樣點(diǎn)放在第24行第114列、115列。然后，再將帶頭中的0號采樣點(diǎn)對應(yīng)參數(shù)的長周采樣率改為4，則在處理數(shù)據(jù)時，可以通過0號采樣點(diǎn)對應(yīng)參數(shù)將相關(guān)采樣點(diǎn)的值全部取出，0號采樣點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)值將作為參數(shù)“幀同步字符”的值輸出。表2給出了參數(shù)“幀同步字符”的幀結(jié)構(gòu)排放位置。

表2　“幀同步字符”的幀結(jié)構(gòu)

其中，短周號指幀結(jié)構(gòu)中的行號，字號指幀結(jié)構(gòu)中的列號；采樣點(diǎn)n_ DW0、采樣點(diǎn)n_DW1代表參數(shù)的n號采樣點(diǎn)對應(yīng)的兩個字。

以此類推，其它參數(shù)的幀結(jié)構(gòu)及長周采樣率也同樣進(jìn)行設(shè)置。

2.1.2采樣點(diǎn)拼位

由該422參數(shù)定義所知，每個采樣點(diǎn)由兩個字組成，采樣點(diǎn)的低位在前1個字、高位在后1個字，由于422參數(shù)是高8位有效，因此需將兩個字分別取高8位，顛倒字序后拼成一個16位參數(shù)字。例如，組成某個采樣點(diǎn)的兩個字的數(shù)值分別為0x3EAA、0x0BCC，則進(jìn)行拼位等計(jì)算后的采樣點(diǎn)的數(shù)值是0x0B3E。

2.1.3參數(shù)類型解析

參數(shù)采樣點(diǎn)的后續(xù)點(diǎn)類型有7種。不同的后續(xù)點(diǎn)類型決定了該參數(shù)包含的采樣點(diǎn)個數(shù)、采樣點(diǎn)的取位及組合方式。根據(jù)不同的后續(xù)點(diǎn)類型，調(diào)用不同的函數(shù)對組成參數(shù)的采樣點(diǎn)進(jìn)行取位、拼位計(jì)算，對應(yīng)的代碼如下：

switch(afterPoint)

{

case 0：

afterPoint0(); //調(diào)用后續(xù)點(diǎn)類型0對應(yīng)函數(shù)；

break;

case 1：

afterPoint1(); //調(diào)用后續(xù)點(diǎn)類型1對應(yīng)函數(shù)；

break;

……

case 6：

afterPoint6(); //調(diào)用后續(xù)點(diǎn)類型6對應(yīng)函數(shù)；

break;

default：

afterPoint0(); //調(diào)用后續(xù)點(diǎn)類型0對應(yīng)函數(shù)；

}

2.1.4有效位掩碼運(yùn)算

將參數(shù)類型解析后得到的參數(shù)值與給定的有效位掩碼進(jìn)行“位與運(yùn)算”，得到新的參數(shù)值。

2.1.5數(shù)據(jù)還原

根據(jù)不同的數(shù)據(jù)還原類型，需要對有效位掩碼運(yùn)算后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的運(yùn)算，將參數(shù)原碼值轉(zhuǎn)換成物理量后輸出。數(shù)據(jù)還原分以下5種情況：

a)無：不需要進(jìn)行還原；

b)線性還原：即原碼值與物理量之間的關(guān)系為線性關(guān)系，采用線性插值法將原碼值換算成物理量；

c)離散還原：將離散量換算成對應(yīng)的含義。

d)多段組合還原：將數(shù)值中不同位解算出對應(yīng)含義后再進(jìn)行組合。

e)公式計(jì)算還原：將原碼值按給定公式計(jì)算得到相應(yīng)的物理量。

2.2算法流程圖

該新型422總線參數(shù)的處理算法流程如圖1所示。

圖1　算法流程圖

如圖1所示，第一步，首先在格柵中根據(jù)2.1.1節(jié)的要求排放參數(shù)的幀結(jié)構(gòu)，這是后續(xù)正確進(jìn)行數(shù)據(jù)提取的前提；然后在格柵轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)處理帶頭文件的過程中，對該422總線參數(shù)進(jìn)行采樣率重新設(shè)置。第二步，讀取數(shù)據(jù)中422總線參數(shù)的原碼，根據(jù)ICD的定義進(jìn)行采樣點(diǎn)拼位計(jì)算。第三步，根據(jù)參數(shù)采樣點(diǎn)的后續(xù)點(diǎn)類型的定義，調(diào)用不同的后續(xù)點(diǎn)類型函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。第四步，將第三步計(jì)算得到的參數(shù)值與給定的有效位掩碼進(jìn)行“位與運(yùn)算”，得到新的參數(shù)值。第五步，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)還原類型，將第四步計(jì)算的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理量后輸出。

2.3軟件界面設(shè)計(jì)

實(shí)時監(jiān)控軟件采用小系統(tǒng)和Magali系統(tǒng)雙接口的形式，在監(jiān)控時可靈活選用小系統(tǒng)或Magali系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。由于該422總線參數(shù)超過200個，無法在一幅畫面上完全顯示，因此根據(jù)參數(shù)的分類不同，將監(jiān)控畫面分為主畫面、發(fā)動機(jī)主畫面、發(fā)動機(jī)輔助畫面、APU畫面、振動畫面和測溫畫面等幾個卡片頁顯示。實(shí)時監(jiān)控軟件如圖2所示。

圖2　實(shí)時監(jiān)控軟件界面圖

圖2畫面中的70%的參數(shù)取自該新型RS-422總線，如基本飛行參數(shù)(氣壓高度、偏航角等)、告警燈、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)。因此，正確地解算出該422總線參數(shù)對于飛行的實(shí)時監(jiān)控起著至關(guān)重要的作用，對飛行安全的保障、機(jī)載設(shè)備的性能評定具有重要的意義。

該422總線參數(shù)事后處理軟件如圖3所示。

圖3所示軟件中，首先在“原始文件”處選擇原始數(shù)據(jù)文件，該文件指將抽引到PCM流中的該422數(shù)據(jù)包的原始數(shù)據(jù)經(jīng)由“PCM處理軟件”處理后提取出來的數(shù)據(jù)文件；在“結(jié)果文件”處選擇結(jié)果文件的存放路徑并指定結(jié)果文件的名字；然后在需要處理的參數(shù)組前打鉤，可以選擇需要處理的不同參數(shù)組，也可以選擇全部參數(shù)進(jìn)行處理；最后點(diǎn)擊“開始處理”按鈕，程序開始運(yùn)行。在處理過程中通過進(jìn)度條顯示處理進(jìn)度，進(jìn)度條顯示100%時，彈出對話框并發(fā)出提示音提示數(shù)據(jù)處理完成。

圖3　事后處理軟件界面圖

3　結(jié)束語

與傳統(tǒng)的422總線參數(shù)算法相比，本文研究的422總線算法編程難度高、程序設(shè)計(jì)復(fù)雜、計(jì)算數(shù)據(jù)量大。通過對該422總線的通信協(xié)議及數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)的深入理解和正確分析，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了該422總線參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控和事后處理軟件。經(jīng)過在型號任務(wù)中的多次使用驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時監(jiān)控及事后處理軟件能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，對于該型機(jī)試飛安全的保障、飛機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)的評定具有十分重要的作用。另外，該422總線算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)亦能應(yīng)用于其它型號。

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Research and Implementation of a New Type of RS-422 Bus Data Processing Algorithm

Xu Qian,Gong Haibo,Ye Bing

(Chinese Flight Test Establishment,Xi′an710089,China)

In order to meet the requirements of real-time monitoring and post processing of the new RS-422 bus parameters in flight test data of a certain type aircraft,the algorithm design and implementation scheme for the new RS-422 bus parameters is proposed. By analyzing the communication protocol and data packet format of the new RS-422 bus parameters,the method of adjusting the frame structure and resetting the sampling rate is adopted to realize the analysis and reduction algorithm of the parameters,and the corresponding real-time monitoring and post processing software were designed. The software has been successfully used in the flight test of the aircraft,which provides a strong guarantee for the flight safety monitoring and data processing analysis.

RS-422; real-time monitoring; data processing; algorithm

1671-4598(2016)04-0244-03DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.04.070

TP277

A

2015-10-27；

2015-11-08。

徐茜(1984-)，女，陜西省西安市人，碩士，工程師，主要從事飛行試驗(yàn)、遙測與數(shù)據(jù)處理方向的研究。