一種航空電子接口數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

孟 軍，滕建方，顏偉平，朱俊云

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引 言

航空電子系統(tǒng)具備發(fā)展迅速、擴(kuò)展性要求高的特點(diǎn)，子系統(tǒng)以及設(shè)備之間通過(guò)總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這些數(shù)據(jù)傳輸一般由接口控制文件（interfance control document,ICD）來(lái)進(jìn)行約束，接口控制文件設(shè)計(jì)是航空電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必不可少的重要組成部分，航空電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)種類(lèi)多，數(shù)量龐大，并且因設(shè)計(jì)完善產(chǎn)生的數(shù)據(jù)變更十分頻繁，傳統(tǒng)上使用WORD 文檔的形式對(duì)這些文件進(jìn)行管理，帶來(lái)耗時(shí)多、易出錯(cuò)、效率低等問(wèn)題，并且僅限于對(duì)文件本身的管理。本文提出一種ICD 數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)ICD 數(shù)據(jù)庫(kù)的錄入、查詢(xún)、管理和維護(hù)功能，并能夠自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)化的元數(shù)據(jù)，包含所有信號(hào)屬性信息，供航空電子系統(tǒng)后續(xù)的開(kāi)發(fā)、仿真、測(cè)試使用。

1 接口數(shù)據(jù)管理方式

國(guó)外在航空設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要有基于DOORS 工具和基于XML 語(yǔ)言對(duì)ICD 進(jìn)行管理：

1）基于DOORS 工具的設(shè)計(jì)管理方法，運(yùn)用DOORS 的固有功能，配合DOORS 內(nèi)嵌編譯語(yǔ)言-DXL 的二次開(kāi)發(fā)能力，定制適合飛機(jī)各系統(tǒng)的ICD數(shù)據(jù)管理模板。DOORS 模塊類(lèi)WORD 的顯示方式，可以方便、直觀的供設(shè)計(jì)人員查閱ICD 數(shù)據(jù)。對(duì)模塊的特殊編輯方式（可設(shè)置為只讀、獨(dú)占編輯、共享編輯），提供了協(xié)同、協(xié)調(diào)工作能力，更有效的提高了設(shè)計(jì)人員對(duì)ICD 數(shù)據(jù)的處理能力[1]。

2）基于XML 語(yǔ)言的ICD 數(shù)據(jù)管理，通過(guò)XML腳本快速便捷的對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，并產(chǎn)生問(wèn)題報(bào)告，設(shè)計(jì)人員基于報(bào)告對(duì)問(wèn)題進(jìn)行歸零，通過(guò)這種迭代驗(yàn)證方法，可以快速產(chǎn)生各設(shè)計(jì)階段穩(wěn)定的ICD 版本，這就加快了ICD 的校驗(yàn)和審核效率。在達(dá)到各階段穩(wěn)定版本后，將該版本ICD 導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)解析器進(jìn)行顯示，供設(shè)計(jì)人員參考使用。

兩種方式均實(shí)現(xiàn)了接口數(shù)據(jù)的規(guī)范化設(shè)計(jì)與校驗(yàn)、協(xié)同設(shè)計(jì)，但沒(méi)有從整個(gè)航空電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試的體系角度去設(shè)計(jì)與管理。

國(guó)內(nèi)相應(yīng)的也有對(duì)應(yīng)的航空電子接口控制文檔工具，可以直觀地對(duì)接口控制文檔進(jìn)行設(shè)計(jì)與編輯[2-4]，但這都是專(zhuān)注于接口數(shù)據(jù)本身的管理。

2 一種新的解決方案

本文提出一種基于元數(shù)據(jù)的接口數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：采用工具化的設(shè)計(jì)手段，將原來(lái)文檔化的接口數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化管理，并將這些數(shù)據(jù)的屬性、邏輯進(jìn)行提煉，形成元數(shù)據(jù)；考慮多人協(xié)同設(shè)計(jì)的需求，采用了瀏覽器/服務(wù)器模式，即功能實(shí)現(xiàn)的核心部分集中到服務(wù)器上，開(kāi)發(fā)人員只需要通過(guò)瀏覽器與服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；考慮不同使用場(chǎng)景的需求，工具支持主流的總線信號(hào)、非總線信號(hào)設(shè)計(jì)，并根據(jù)定制的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，對(duì)所有的信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)。

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由服務(wù)端模塊、設(shè)計(jì)端模塊、瀏覽端模塊和管理端模塊四個(gè)功能模塊組成。

2.1.1 服務(wù)端模塊

服務(wù)端模塊主要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能和分析功能，模塊通過(guò)底層的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過(guò)HTTP 協(xié)議與設(shè)計(jì)端、管理端和瀏覽端交互。

設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)（機(jī)型）、設(shè)備、通道、消息、信號(hào)層級(jí)的設(shè)計(jì)過(guò)程的交互、存儲(chǔ)功能，在當(dāng)前的航空電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，會(huì)涉及到眾多通信協(xié)議的運(yùn)用，對(duì)應(yīng)協(xié)議接口的定義和設(shè)計(jì)，都在服務(wù)端中進(jìn)行支持，服務(wù)端模塊提供對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)過(guò)程交互和存儲(chǔ)服務(wù)，目前支持的協(xié)議類(lèi)型有AFDX 總線、1553B 總線、429 總線、串行數(shù)字信號(hào)、離散信號(hào)、模擬信號(hào)、同步信號(hào)、射頻信號(hào)、音頻信號(hào)、視頻信號(hào)、電源信號(hào)、參考信號(hào)、脈沖信號(hào)。

分析功能包括信號(hào)池處理、符合分析、變更分析、關(guān)聯(lián)影響分析、一致性分析、動(dòng)態(tài)分析、靜態(tài)分析功能。其中核心的是信號(hào)池處理功能，系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)端輸入的接口控制文件以及額外的相關(guān)要素，對(duì)每個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理并形成元數(shù)據(jù)，以1553B 信號(hào)為例，元數(shù)據(jù)相關(guān)屬性參數(shù)見(jiàn)表1。

系統(tǒng)可以導(dǎo)出這些結(jié)構(gòu)化的元數(shù)據(jù)，可被機(jī)器識(shí)別，供后續(xù)開(kāi)發(fā)、仿真、測(cè)試各個(gè)環(huán)節(jié)使用，如飛行員操作程序開(kāi)發(fā)環(huán)境、仿真運(yùn)行環(huán)境、試驗(yàn)監(jiān)視環(huán)境等，為這些環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)和操作服務(wù)，從而提高航電系統(tǒng)的全流程開(kāi)發(fā)效率，縮短項(xiàng)目研制周期。

表1 1553B 元數(shù)據(jù)示例

2.1.2 設(shè)計(jì)端模塊

設(shè)計(jì)端模塊實(shí)現(xiàn)飛機(jī)（機(jī)型）、設(shè)備、通道、消息、信號(hào)層級(jí)內(nèi)容的設(shè)計(jì)交互人機(jī)界面。

2.1.3 瀏覽端模塊

瀏覽端模塊提供AFDX 總線、1553B 總線、429總線、串行數(shù)字信號(hào)、離散信號(hào)、模擬信號(hào)、同步信號(hào)、射頻信號(hào)、音頻信號(hào)、視頻信號(hào)、電源信號(hào)、參考信號(hào)、脈沖信號(hào)的瀏覽、查看、搜索、排序的交互UI 界面。

2.1.4 管理端模塊

管理端模塊，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)則、權(quán)限的管理交互功能，用于對(duì)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理操作。

2.2 航電系統(tǒng)體系化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流圖

接口數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)交換通過(guò)以太網(wǎng)傳輸，與外部應(yīng)用的數(shù)據(jù)交互可以通過(guò)以太網(wǎng)或者定制的任意方式，接口數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與飛行員操作程序開(kāi)發(fā)環(huán)境、仿真運(yùn)行環(huán)境、試驗(yàn)監(jiān)視環(huán)境的數(shù)據(jù)交互關(guān)系如圖1 所示。

通過(guò)接口數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)生產(chǎn)并導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)化元數(shù)據(jù)，傳輸至飛行員操作程序開(kāi)發(fā)環(huán)境、試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)、仿真分析環(huán)境。在仿真分析環(huán)境中，可以利用元數(shù)據(jù)生成激勵(lì)數(shù)據(jù)輸送至真實(shí)的全物理試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行仿真測(cè)試，也可以生成和機(jī)載完全一致的數(shù)據(jù)激勵(lì)飛行員操作程序開(kāi)發(fā)環(huán)境的人機(jī)界面，進(jìn)行開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證，不再需要輸入額外的專(zhuān)用測(cè)試數(shù)據(jù)；在試驗(yàn)監(jiān)視系統(tǒng)中，利用元數(shù)據(jù)可以直接解析出各個(gè)仿真分析環(huán)境和真實(shí)試驗(yàn)環(huán)境的數(shù)據(jù)，不再是機(jī)器的二進(jìn)制碼，而是對(duì)人友好的、可識(shí)別的信號(hào)名稱(chēng)和數(shù)值，節(jié)省了測(cè)試時(shí)間，提高了測(cè)試效率。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的接口控制文件數(shù)據(jù)管理方法，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了瀏覽器/服務(wù)器模式，為航空電子系統(tǒng)的ICD設(shè)計(jì)提供各種總線與非總線類(lèi)型協(xié)議的接口設(shè)計(jì)工具和所有接口數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、變更的影響分析環(huán)境，最重要的是對(duì)信號(hào)賦予屬性和邏輯，形成元數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了航空電子系統(tǒng)工程化的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的方法，提高了航空電子系統(tǒng)體系化設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、驗(yàn)證的效率，縮短了研制周期，為提高航空電子系統(tǒng)性能和可靠性創(chuàng)造了條件。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖