C919機(jī)載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院 測(cè)試所，西安 710089)

0 引言

隨著信息化技術(shù)與我國(guó)民機(jī)產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃的全面開展，提高我國(guó)的民機(jī)適航審定能力刻不容緩。縱觀歐美大飛機(jī)試飛過程，都非常重視機(jī)載實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)在民機(jī)適航審定中的作用。未來大飛機(jī)采用了大量新技術(shù)、新材料，采用了新的試飛方法與測(cè)試技術(shù)，使得大型運(yùn)輸類飛機(jī)機(jī)上測(cè)試參數(shù)量驟增，參數(shù)量超一萬已成常態(tài)[1-3]。

ARJ21試驗(yàn)機(jī)總的測(cè)試參數(shù)有8000多個(gè)，機(jī)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中涉及的有1500多個(gè)，原始數(shù)據(jù)傳輸占用的帶寬為10 Mb/s，共有兩路PCM數(shù)據(jù)和4路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。隨著測(cè)試規(guī)模的擴(kuò)大和其它測(cè)試需求的變化，以前傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)受到了沖擊，PCM也暴露出了一些自身的不足和缺陷，如受碼速率和板卡通道容量限制的通道容量問題和布線問題[4]。

C919大型客機(jī)測(cè)試參數(shù)超過兩萬個(gè)，試飛過程中留空時(shí)間平均四小時(shí)以上，單架次飛行數(shù)據(jù)超過100 GB，同一架次中多科目混合、分時(shí)段進(jìn)行，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模式需2小時(shí)以上已無法滿足型號(hào)試飛數(shù)據(jù)處理任務(wù)進(jìn)度要求。在C919大型飛機(jī)試飛任務(wù)中，對(duì)機(jī)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理提出了較高的性能要求，現(xiàn)有機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計(jì)已沒有如此大的性能提升空間，解決超大量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理問題的需求極為迫切。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

歐美大飛機(jī)試飛過程中，非常重視機(jī)載實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的作用，如空客A380、波音公司B747、777等飛機(jī)試飛過程中使用了當(dāng)時(shí)功能強(qiáng)大的“機(jī)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析與監(jiān)視系統(tǒng)”，在試飛過程中可對(duì)關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視，同時(shí)實(shí)時(shí)完成50%～60%數(shù)據(jù)的分析處理。從上世紀(jì)80年代末開始，我國(guó)開始在運(yùn)7飛機(jī)定型試飛任務(wù)中引入機(jī)載實(shí)時(shí)監(jiān)控，由于技術(shù)限制無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步實(shí)時(shí)處理，這就導(dǎo)致在試飛過程中延緩了下一架次飛行決策的時(shí)間[5]。

圖1 某大型運(yùn)輸機(jī)機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1所示為某大型運(yùn)輸機(jī)機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收來自機(jī)載采集系統(tǒng)核心交換機(jī)發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)包解析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)快速處理、振動(dòng)數(shù)據(jù)處理分別采用三臺(tái)嵌入式工控設(shè)備完成。系統(tǒng)實(shí)時(shí)服務(wù)器選用Windows操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性不能完全保證。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接收速率最高為50 MB/S，實(shí)時(shí)處理參數(shù)2000個(gè)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量為256 GB。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為解決機(jī)載超大量數(shù)據(jù)快速處理難題，同時(shí)保障系統(tǒng)處理的實(shí)時(shí)性，提出C919機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)性能指標(biāo)為：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收速率110 MB/S，實(shí)時(shí)處理參數(shù)在采樣率為64時(shí)超過8000個(gè)，數(shù)據(jù)讀寫速率不小于500 MB/S。超大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理問題是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，現(xiàn)有實(shí)時(shí)系統(tǒng)架構(gòu)及設(shè)計(jì)已沒有如此大的性能提升空間。

2.1 總體設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，在經(jīng)過分析、論證和前期測(cè)試的基礎(chǔ)上，本次方案采用基于千兆以太網(wǎng)、VXWORKS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。在對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)重新設(shè)計(jì)，各部分功能整合后，通過軟件優(yōu)化升級(jí)并改進(jìn)數(shù)據(jù)處理流程來進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。

C919 機(jī)載實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，綜合處理單元實(shí)時(shí)接收機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)出的iNET-X網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，實(shí)時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收、原始數(shù)據(jù)存盤、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、監(jiān)控參數(shù)過濾、關(guān)鍵參數(shù)快速分組處理及存盤等工作。監(jiān)控臺(tái)端實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件對(duì)物理量數(shù)據(jù)以數(shù)字、曲線、儀表等可視化方式顯示。綜合處理單元輸出一路數(shù)據(jù)通過遙測(cè)發(fā)射至地面，供實(shí)時(shí)監(jiān)控用。

圖2 C919 機(jī)載實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

不同于現(xiàn)有機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分散數(shù)據(jù)處理模式，C919機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)處理功能集中于一臺(tái)嵌入式計(jì)算機(jī)——綜合處理單元來完成。綜合處理單元模塊的數(shù)據(jù)處理性能對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)性能起著決定性作用，該系統(tǒng)是典型的多核多任務(wù)系統(tǒng)，根據(jù)項(xiàng)目中實(shí)時(shí)性任務(wù)特點(diǎn)選用了基于優(yōu)先級(jí)的可搶占式分級(jí)調(diào)度策略來提高系統(tǒng)吞吐量，提升整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理效率。

表1 現(xiàn)有機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)與C919技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

C919機(jī)載實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)較現(xiàn)有機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)預(yù)處理參數(shù)量及監(jiān)控參數(shù)量，能夠更好地保障試飛任務(wù)的開展；數(shù)據(jù)預(yù)處理效率的提升，縮短了試飛任務(wù)進(jìn)行到試飛數(shù)據(jù)分析的時(shí)間，可快速提供給課題人員分析決策，為提高試飛效率，縮短試飛周期提供了必要的技術(shù)支持；開展了一系列關(guān)鍵技術(shù)的研究，為未來試飛需求的進(jìn)一步提升進(jìn)行了必要的探索。

2.2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖3所示為C919機(jī)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)流程圖，機(jī)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件首先運(yùn)行配置加載模塊，將所需配置信息和參數(shù)組信息存儲(chǔ)在緩存中，并對(duì)服務(wù)器進(jìn)行初始化配置。創(chuàng)建數(shù)據(jù)流接收線程，服務(wù)器按照配置要求接收來自采集器發(fā)送的數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流參數(shù)提取、工程量轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給客戶端。機(jī)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件的關(guān)鍵技術(shù)在于合理調(diào)配各個(gè)功能模塊之間的資源，也即合理分配線程來實(shí)時(shí)的完成所有功能模塊。其中，機(jī)載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理為核心模塊，該模塊功能由綜合處理單元完成。

圖3 C919機(jī)載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)流程圖

圖4所示為綜合處理單元數(shù)據(jù)處理流程。綜合處理單元實(shí)時(shí)接收機(jī)載網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)發(fā)來的INET-X網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，經(jīng)過實(shí)時(shí)采集按照IRIG標(biāo)準(zhǔn)第十章中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式要求進(jìn)行原始數(shù)據(jù)存盤，同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息包分包解算，結(jié)合帶頭信息對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，對(duì)照分組快速處理參數(shù)列表并按照各科目要求進(jìn)行結(jié)果數(shù)據(jù)存盤，對(duì)照實(shí)時(shí)監(jiān)控參數(shù)列表對(duì)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控的參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。綜合處理單元可實(shí)時(shí)完成性能、操穩(wěn)、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油、起落架、電源等多個(gè)科目的數(shù)據(jù)預(yù)處理任務(wù)，在飛行前通過機(jī)載測(cè)試信息管理軟件可對(duì)預(yù)處理任務(wù)進(jìn)行調(diào)配。

圖4 綜合處理單元數(shù)據(jù)處理流程設(shè)計(jì)

由于網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的隨機(jī)性，在對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理過程中首先要完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的時(shí)間對(duì)齊，該系統(tǒng)通過分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包亂序規(guī)律，通過設(shè)置合理的環(huán)形緩存完成數(shù)據(jù)包的時(shí)間對(duì)齊。

由于課題人員所需結(jié)果參數(shù)總數(shù)及采樣率提高的原因，關(guān)鍵參數(shù)分組快速處理結(jié)果文件數(shù)據(jù)量激增，本項(xiàng)目引入了預(yù)留緩存的思想和方法來解決試飛預(yù)處理結(jié)果文件的快速寫問題。

2.2.1 多核多任務(wù)系統(tǒng)調(diào)度設(shè)計(jì)

多核多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用中，如何將線程分配到多個(gè)核，使得處理器資源得到最大程度利用，提高吞吐量，降低響應(yīng)時(shí)間，對(duì)調(diào)度策略要進(jìn)行一定的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)具有多個(gè)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行且都要求實(shí)時(shí)性極強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)CPU資源調(diào)度存在很大考驗(yàn)。鑒于C919機(jī)載實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，線程比較固定，結(jié)合該系統(tǒng)具體應(yīng)用特點(diǎn)決定采用基于優(yōu)先級(jí)的可搶占式分級(jí)線程調(diào)度策略[6]。

其中實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)依次為：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、原始數(shù)據(jù)存盤、快速分組處理參數(shù)存盤、監(jiān)控參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)。其中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收為最高優(yōu)先級(jí)可搶占任務(wù)；其它線程優(yōu)先級(jí)依次降低，均為不可搶占型任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收線程與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理線程要求實(shí)時(shí)性極強(qiáng)，且數(shù)據(jù)連續(xù)性強(qiáng)，分配于核2，核1運(yùn)行操作系統(tǒng)中斷服務(wù)程序，其余線程也運(yùn)行于核1。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能對(duì)于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收緩存大小較為敏感，分析原因?yàn)榫彺孢^小可能會(huì)造成CPU在兩個(gè)核之間切換頻繁，帶來系統(tǒng)性能的下降，但是緩存過大可能會(huì)造成數(shù)據(jù)包丟失，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試最終確定網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包接收緩存為8 M。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包時(shí)間對(duì)齊方法設(shè)計(jì)

機(jī)載網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)采集設(shè)備型號(hào)多樣，數(shù)據(jù)包在從發(fā)送端到目的端時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中要經(jīng)過若干個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間對(duì)包的傳輸會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，由于包可能經(jīng)過不同的中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的端，以及局域網(wǎng)本身的其它傳輸不確定性，從而總的延時(shí)不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包到達(dá)的順序與期望的不同，產(chǎn)生了亂序。同一預(yù)處理結(jié)果文件中經(jīng)常包括機(jī)上各個(gè)系統(tǒng)的采集參數(shù)，無時(shí)間相關(guān)性的數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果是無意義的，無法供課題人員進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算、分析，必須根據(jù)機(jī)上網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)特點(diǎn)設(shè)計(jì)針對(duì)性的時(shí)間對(duì)齊方法。

機(jī)載實(shí)時(shí)系統(tǒng)首先應(yīng)用訪問控制列表技術(shù)，以匹配KEY字的方式將與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理無關(guān)的信息包進(jìn)行濾除，并將高采和低采數(shù)據(jù)包徹底分開，為后續(xù)快速時(shí)間對(duì)齊做好準(zhǔn)備。

針對(duì)在線預(yù)處理的原理和實(shí)時(shí)性要求，考慮時(shí)間對(duì)齊關(guān)鍵點(diǎn)在于：找到時(shí)間亂序的規(guī)律，設(shè)置合理的處理緩存。分析造成數(shù)據(jù)包亂序的原因可以看出，亂序是有周期性變化規(guī)律的，緩存區(qū)大小設(shè)定與該規(guī)律有關(guān)。本項(xiàng)目中考慮首先對(duì)失序情況進(jìn)行量化，然后結(jié)合收到數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度來確定緩存區(qū)大小。

第一步：量化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包失序情況。

最大失序時(shí)間是指一個(gè)最大失序周期的時(shí)間，假設(shè)1 s內(nèi)接收到信息包的個(gè)數(shù)為N，它們的時(shí)間標(biāo)簽分別為T1，T2，…，TN，進(jìn)行如下計(jì)算：

ΔTi=Ti + 1-Ti(i= 1,2...,N-1)

比較每個(gè)ΔTi(i=1,2...,N-1)，得到最大值ΔTmax，就是最大的逆序時(shí)間。亂序的規(guī)律就是以此逆序時(shí)間為周期，反復(fù)的出現(xiàn)的。

第二步：建立環(huán)形緩存區(qū)。

貴州畢節(jié)旅游資源豐富，織金洞、百里杜鵑聞名于世。打造彝族文化特色，深入挖掘民族元素，提供優(yōu)質(zhì)精品的服務(wù)，是酒店努力的運(yùn)營(yíng)方向。信步古城，濃郁的彝族特色迎面而來。紅、黃、黑為主基調(diào)的彝族建筑風(fēng)格酒店就落座在山腰，層樓疊院、高脊飛檐、曲徑回廊，無處不彰顯彝族元素。不僅如此，恢復(fù)重建的慕俄格古城結(jié)合旅游地產(chǎn)概念，設(shè)計(jì)了沿街商鋪、小旅館、四合院、工坊式商業(yè)、集中式旅游體驗(yàn)館、度假別墅、功能型旅游影視產(chǎn)業(yè)基地等類型的產(chǎn)品，滿足從普通游客、會(huì)務(wù)接待到各類型文化藝術(shù)界人士的需求。

求出滿足如下條件的最小值T以確定用于排序的緩沖區(qū)大小L:

1)T為T1，T2，…,Tn的公倍數(shù)；

2)T>=ΔTmax；

3)Li(i=0,1,2...,N-1)為N個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度；

L=T∕T1*L1+T∕T2*L2+…+T∕Tn*Ln。

申請(qǐng)環(huán)形緩存區(qū)L，對(duì)信息包進(jìn)行排序，環(huán)形緩存是以最大逆序時(shí)間為周期來分塊的。

數(shù)據(jù)包在線快速時(shí)間對(duì)齊示例如下：

圖5 數(shù)據(jù)包在線快速時(shí)間對(duì)齊示例

2.2.3 海量數(shù)據(jù)快速存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

首次將預(yù)留緩存的思想和方法引入到海量試飛數(shù)據(jù)工程量處理中，期望能夠?yàn)樵囷w數(shù)據(jù)的快速寫技術(shù)研究提供指導(dǎo)[7]。

C919測(cè)試參數(shù)總量激增，數(shù)據(jù)總量超100 GB，試飛工程師所需的試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)的采樣率增大和總數(shù)增多，分析處理的結(jié)果工程量文件也隨之增大。如何快速地對(duì)海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，除了在處理方法上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)外，在分析處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)現(xiàn)快速地將結(jié)果工程量文件寫入固態(tài)盤，是試飛數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。

一般試飛數(shù)據(jù)處理軟件的結(jié)構(gòu)如圖6所示，首先讀入校線文件和分析需處理參數(shù)列表，隨后循環(huán)進(jìn)行讀入原始數(shù)據(jù)、分析原始數(shù)據(jù)、結(jié)果工程量寫入固態(tài)盤，直到飛行結(jié)束，這個(gè)過程是機(jī)載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中關(guān)鍵參數(shù)快速分組處理的核心部分。

圖6 關(guān)鍵參數(shù)快速分組處理軟件結(jié)構(gòu)圖

對(duì)于機(jī)載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)而言，最理想的緩存情況當(dāng)然就是采用部分緩存技術(shù)[8]，結(jié)合數(shù)據(jù)分析模塊，應(yīng)用部分緩存設(shè)計(jì)預(yù)留機(jī)制，即利用試飛數(shù)據(jù)相關(guān)信息，預(yù)知未來的數(shù)據(jù)處理結(jié)果的存放地址，對(duì)工程量存盤情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，達(dá)到一個(gè)盡可能好的緩存性能。

如圖7所示，為了提高關(guān)鍵參數(shù)快速分組處理效率，采用多線程并行計(jì)算方式[9]。如果不采用可以預(yù)測(cè)結(jié)果工程量寫的地址的話，那么線程“結(jié)果工程量文件寫0”必須是第一個(gè)被寫入固態(tài)盤的數(shù)據(jù)，在這種情況下，即使線程“結(jié)果工程量文件寫2”或者“結(jié)果工程量文件寫1”先來，也必須要得到“結(jié)果工程量文件寫1”寫完才可以進(jìn)行寫操作，這樣每個(gè)線程必須要等到上一個(gè)線程結(jié)束才可以進(jìn)行，他們之間是串行關(guān)系，這樣就增加了線程的等待時(shí)間，致使整個(gè)進(jìn)程的效率降低。而采用預(yù)留緩存機(jī)制，“結(jié)果工程量文件寫2”的寫操作，不需要等待“結(jié)果工程量文件寫0”或者“結(jié)果工程量文件寫1”結(jié)束，他們之間是并行關(guān)系，沒有必然的聯(lián)系，消除了線程的等待時(shí)間，提高了關(guān)鍵參數(shù)快速分組處理的效率[10]。

圖7 預(yù)留緩存機(jī)制實(shí)現(xiàn)

3 系統(tǒng)性能測(cè)試及應(yīng)用驗(yàn)證

C919綜合處理單元的研制為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，既要解決速率為110 MB/S網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)接收、處理，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)6000個(gè)采樣率為64的關(guān)鍵參數(shù)分組快速預(yù)處理，并將處理結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)，繁重的處理任務(wù)對(duì)綜合處理單元的軟件設(shè)計(jì)要求都非常高。該項(xiàng)目采用了基于優(yōu)先級(jí)的可搶占式分級(jí)調(diào)度策略對(duì)多線程任務(wù)進(jìn)行調(diào)度，數(shù)據(jù)接收速率、實(shí)時(shí)處理參數(shù)能力、核2使用率及丟包率是該系統(tǒng)的重要考察指標(biāo)，其中該系統(tǒng)對(duì)丟包率容忍度為0，以下是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果。

表2 C919機(jī)載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)性能測(cè)試

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在參數(shù)采樣率變化情況下，會(huì)導(dǎo)致核2使用率迅速惡化。為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作，建議在統(tǒng)一采樣率64次/秒情況下，快速處理參數(shù)不超過11 000個(gè)；在不同采樣32～1 024情況下，快速處理參數(shù)個(gè)數(shù)不超過5 000個(gè)，且高采參數(shù)(512次/秒，1 024次/秒)不宜超過250個(gè) 。

通過匹配KEY過濾了部分無用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，解決了高速數(shù)據(jù)流丟包問題。通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在線快速時(shí)間對(duì)齊技術(shù)，在飛行過程中邊飛行邊處理，為C919飛機(jī)關(guān)鍵測(cè)試參數(shù)快速分組處理做好前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，保障了飛行過程中多個(gè)科目數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)預(yù)處理。實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證采樣率為64時(shí)，實(shí)時(shí)處理參數(shù)可過萬，在參數(shù)采樣率不同時(shí)(32～1 024)，處理參數(shù)量可達(dá)5 000個(gè)。目前實(shí)際應(yīng)用中，快速分組預(yù)處理參數(shù)為2 200個(gè)，軟件運(yùn)行中CPU占用率不高，實(shí)時(shí)處理任務(wù)性能還有部分提升空間。

4 結(jié)束語

C919機(jī)載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)選擇了VXWORKS操作系統(tǒng)，對(duì)原有工作數(shù)據(jù)預(yù)處理模式進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)算法流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)提升。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收處理能力從55 MB/S提升至110 MB/S，實(shí)時(shí)處理參數(shù)個(gè)數(shù)增多至過萬，完善了關(guān)鍵參數(shù)快速分組處理功能，可保障多個(gè)科目預(yù)處理結(jié)果輸出。該系統(tǒng)已成功保障C919飛機(jī)上海首飛工作，可供后續(xù)大飛機(jī)試飛機(jī)載數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)搭建借鑒。未來該系統(tǒng)研究重點(diǎn)將放在數(shù)據(jù)預(yù)處理能力的進(jìn)一步提升，以滿足未來超大量數(shù)據(jù)處理需求。