基于A(yíng)FDX總線(xiàn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

俞凱+馬志遠(yuǎn)

摘 要：文章論述了一種基于A(yíng)FDX總線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)架構(gòu)，結(jié)合數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的需求建立了ICD解析數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)解析數(shù)據(jù)的更新。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)包括了初始化模塊、數(shù)據(jù)接收與分析模塊、顯示與對(duì)比模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)操作模塊和報(bào)告文件生成模塊。在航空電子系統(tǒng)仿真測(cè)試時(shí)，觀(guān)察總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程是否會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤碼現(xiàn)象，以便測(cè)試人員更好地分析數(shù)據(jù)，為故障定位和事后處理提供足夠有用的信息。

關(guān)鍵詞：航空全雙工交換式以太網(wǎng)；接口控制文件；數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：V247.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）35-0100-02

1 概述

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，航空電子系統(tǒng)經(jīng)歷了傳統(tǒng)的分立式、聯(lián)合式架構(gòu)，向綜合化、高度綜合化的架構(gòu)發(fā)展，各設(shè)備間信息交互的實(shí)時(shí)性、安全性要求也越來(lái)越高。航空電子系統(tǒng)總線(xiàn)是飛機(jī)的重要組成部分之一，為飛機(jī)航電子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸提供了有效保證。本文圍繞AFDX航空總線(xiàn)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種總線(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。在航電系統(tǒng)仿真與測(cè)試中，總線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)管系統(tǒng)利用硬件板卡完成物理鏈路的連接，通過(guò)獲取AFDX網(wǎng)絡(luò)配置表，實(shí)時(shí)地對(duì)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析與顯示。同時(shí)，對(duì)照ICD（接口控制文件）解析數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行消息的釋義，達(dá)到快速準(zhǔn)確定位故障與分析故障原因的目的。

2 系統(tǒng)架構(gòu)概述

在航空電子系統(tǒng)仿真與測(cè)試過(guò)程中，總線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)通過(guò)硬件測(cè)試卡采集AFDX總線(xiàn)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并記錄接收到數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)簽，然后以數(shù)據(jù)分布圖表的方式展示數(shù)據(jù)變換情況幫助測(cè)試人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。測(cè)試人員從PXI工控機(jī)上的板卡監(jiān)視并采集AFDX總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)消息，再?gòu)腎CD數(shù)據(jù)庫(kù)中查找對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)塊信息對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)的含義進(jìn)行解析。同時(shí)，系統(tǒng)軟件還將再后臺(tái)對(duì)監(jiān)視的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)得出數(shù)據(jù)形成分析圖表。

如圖1所示，是飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的交聯(lián)圖。該型飛機(jī)的航電系統(tǒng)主干網(wǎng)通過(guò)AFDX交換機(jī)將顯示處理單元、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集中器、機(jī)電系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)接口單元等主要設(shè)備聯(lián)接。這部分設(shè)備再將AFDX總線(xiàn)交換的信息處理后轉(zhuǎn)換成ARINC 429總線(xiàn)分發(fā)給數(shù)據(jù)量較低的設(shè)備。由此可見(jiàn)，AFDX總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，且響應(yīng)時(shí)間要求高。文中設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)不僅能夠完成總線(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視與采集，還能將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、記錄與分析。這樣可以有效地提高測(cè)試人員工作效率，也為開(kāi)發(fā)、維護(hù)人員在查找故障時(shí)提供參考依據(jù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)方案從系統(tǒng)的整體架構(gòu)、系統(tǒng)的硬件平臺(tái)、軟件的設(shè)計(jì)及各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述與分析。在設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：（1）能夠準(zhǔn)確地監(jiān)視與采集AFDX總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)并進(jìn)行記錄；（2）能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)塊含義進(jìn)行解析，并按照功能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類(lèi)；（3）查詢(xún)終端能夠提供多種查詢(xún)方式，包括數(shù)據(jù)流源/目的查詢(xún)、數(shù)據(jù)塊名稱(chēng)查詢(xún)、數(shù)據(jù)位定義查詢(xún)等；（4）為測(cè)試人員提供數(shù)據(jù)記錄的傳輸接口，形成故障數(shù)據(jù)的信息庫(kù)為后續(xù)改進(jìn)升級(jí)提供參考。

3.1 整體設(shè)計(jì)框架

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)資源將多種功能模塊與支撐模塊有機(jī)的組織起來(lái)，如圖2所示。在整個(gè)系統(tǒng)中，PXI工控機(jī)搭載AFDX總線(xiàn)板卡作為核心部件，采集、監(jiān)控AFDX總線(xiàn)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行前期處理并完成分析、存儲(chǔ)等操作。PXI工控機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)資源可以聯(lián)接到ICD數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，可以將采集到的數(shù)據(jù)以文件形式發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)保存，也可以從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取數(shù)據(jù)文件，在監(jiān)測(cè)總線(xiàn)信號(hào)時(shí)作為參考依據(jù)。查詢(xún)終端可以為測(cè)試人員、設(shè)計(jì)人員提供遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)ICD數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，方便了對(duì)總線(xiàn)采集數(shù)據(jù)的查詢(xún)操作。

3.2 硬件組成

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成：（1）PXI工控機(jī)；（2）AFDX總線(xiàn)監(jiān)測(cè)板卡；（3）ICD數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；（4）查詢(xún)終端。

PXI工控機(jī)是一種專(zhuān)為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用量身定制的模塊化儀器平臺(tái)，充分利用了計(jì)算機(jī)的高速總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，具備機(jī)械、電氣與軟件等多方面的專(zhuān)業(yè)特性。同時(shí)，在易于安裝和拆卸硬件模塊的前提下提供優(yōu)秀的機(jī)械整合性。

AFDX總線(xiàn)監(jiān)測(cè)板卡提供了AFDX總線(xiàn)的全功能測(cè)試，能夠完成總線(xiàn)數(shù)據(jù)模擬、監(jiān)測(cè)和分析功能；還具備強(qiáng)大的總線(xiàn)數(shù)據(jù)處理能力及豐富的內(nèi)存資源，為測(cè)試人員定制了專(zhuān)用ARINC664協(xié)議的編、解碼芯片。該板卡有兩個(gè)100Mbit的可編程配置AFDX端口，能夠運(yùn)行在發(fā)送仿真模式或者接收監(jiān)控模式下，對(duì)虛擬鏈路（VL）數(shù)據(jù)包的捕獲和監(jiān)測(cè)過(guò)程中具有強(qiáng)大的觸發(fā)和過(guò)濾功能。

ICD數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為測(cè)試人員和設(shè)計(jì)人員提供服務(wù)，這些服務(wù)包括了ICD文件查詢(xún)、更新、索引、高速緩存、查詢(xún)優(yōu)化、安全及多用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)控制等。在互聯(lián)網(wǎng)中的一臺(tái)或多臺(tái)查詢(xún)終端能夠以服務(wù)器/瀏覽器（B/S）方式訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器不僅需要具有極強(qiáng)的處理能力，還要求具有很高的可靠性，以保證用戶(hù)能夠隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

查詢(xún)終端采用了BS模式，可以降低成本便于后期維護(hù)升級(jí)。在BS模式下，用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，集成各種數(shù)據(jù)查詢(xún)服務(wù)。查詢(xún)終端的運(yùn)用把用戶(hù)從不斷對(duì)硬件性能提升的需求中解放出來(lái)，也把技術(shù)維護(hù)人員從繁重的維護(hù)升級(jí)工作中解脫出來(lái)。

3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)管系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是本次課題的重要核心，可以劃分為兩大部分：一是工控機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件程序開(kāi)發(fā)；二是查詢(xún)終端與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間的瀏覽器界面及腳本程序的設(shè)計(jì)。本文的研究重點(diǎn)放在了PXI工控機(jī)數(shù)據(jù)采集與ICD數(shù)據(jù)庫(kù)的程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，可以細(xì)分為AFDX總線(xiàn)的監(jiān)控程序和ICD數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)等操作的管理程序兩部分，如圖3所示。

當(dāng)PXI工控機(jī)通過(guò)監(jiān)控板卡接收到數(shù)據(jù)后，工控機(jī)上的軟件程序會(huì)檢索ICD數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的消息塊，根據(jù)定義對(duì)接收到的總線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行釋義并在軟件的列表控件中實(shí)時(shí)顯示，這樣方便了測(cè)試人員的實(shí)時(shí)監(jiān)視。接下來(lái)測(cè)試人員在系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)對(duì)比界面中調(diào)用需要對(duì)比的數(shù)據(jù)源，將解析后的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的正確數(shù)據(jù)以表格的形式顯示，觀(guān)察數(shù)據(jù)內(nèi)容是否一致。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)量很大時(shí)，軟件可以根據(jù)測(cè)試人員的要求再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，將對(duì)比結(jié)果以文件形式輸出存儲(chǔ)。當(dāng)需要對(duì)數(shù)據(jù)回放時(shí)，可以再?gòu)挠脖P(pán)中調(diào)用之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件。此外，工控機(jī)的軟件程序還可以通過(guò)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)完成ICD定義文件的更新與維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的總線(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)具有AFDX總線(xiàn)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)、分析及顯示功能。該系統(tǒng)能夠完成飛機(jī)航電設(shè)備仿真與測(cè)試時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，以及總線(xiàn)故障的快速識(shí)別與隔離等難題。經(jīng)過(guò)各項(xiàng)軟件集成測(cè)試，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)便，可以應(yīng)用于飛機(jī)航電系統(tǒng)研制、調(diào)試和維護(hù)中。由于時(shí)間問(wèn)題，該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性能還有待于進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)。通過(guò)擴(kuò)展和升級(jí)硬件板卡、軟件程序和ICD解析數(shù)據(jù)庫(kù)，可以兼容多種航電總線(xiàn)的監(jiān)測(cè)與記錄。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙琳，許晶.一種PCI接口的AFDX網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)，2013（07）.

[2]羊昌燕，易川，焦航.基于A(yíng)FDX的高速數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)控技術(shù)，2013（05）.

[3]趙永庫(kù)，唐來(lái)勝.AFDX網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)分析與研究[J].測(cè)控技術(shù)，2013（04）.

[4]郝志浪，衛(wèi)保國(guó).航電AFDX總線(xiàn)監(jiān)控器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013（01）.

[5]曹力.AFDX航電測(cè)試中的地空數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2012.

[6]夏慶梅，徐亞軍，熊華鋼.航空電子控制文件的數(shù)據(jù)庫(kù)管理[J].航空計(jì)算技術(shù)，2001（09）.

[7]鄭軍，胡軍，柯昌博，等.綜合模塊化航電軟件系統(tǒng)測(cè)試方法研究綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2012（05）.endprint