基于ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)的航電系統(tǒng)LSAP頭文件構(gòu)建方法研究

摘 要：聚焦于航空電子系統(tǒng)中可加載軟件飛機部件（LSAP）的相關(guān)內(nèi)容，圍繞ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)展開研究。首先，介紹航空電子系統(tǒng)發(fā)展概況及LSAP的組成情況，指出其由頭文件、數(shù)據(jù)文件和支持文件構(gòu)成，且頭文件構(gòu)建需嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)定義；其次，詳細闡述LSAP頭文件的結(jié)構(gòu)，包括所涵蓋的諸多描述信息及各字段情況；在此基礎(chǔ)上，針對LSAP頭文件構(gòu)建提出一種方法，即通過設(shè)計JSON格式配置文件記錄所需信息，并利用轉(zhuǎn)換工具將其轉(zhuǎn)換為二進制LSAP頭文件，還分別對配置文件的可配置要素及其約束、轉(zhuǎn)換工具的過程設(shè)計以及不同類型字段的填充方式等進行了深入探討，旨在為航空軟件加載過程中LSAP頭文件的構(gòu)建提供有效的思路與方法。

關(guān)鍵詞：ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)；可加載軟件飛機部件；LSAP頭文件；配置文件；轉(zhuǎn)換工具

中圖分類號：V243.1" " 文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0064-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.016

0" " 引言

在航空電子技術(shù)迅猛發(fā)展的歷程中，航電系統(tǒng)作為飛機運行的關(guān)鍵神經(jīng)中樞，其重要性不言而喻。概括地說，航電系統(tǒng)從發(fā)展歷程上共經(jīng)歷了分布式航電系統(tǒng)、聯(lián)合式航電系統(tǒng)及綜合模塊化航電系統(tǒng)等多個發(fā)展階段，可以說呈現(xiàn)出越來越復(fù)雜的趨勢[1]。傳統(tǒng)航空軟件加載過程中，不同供應(yīng)商的二進制可加載文件缺乏統(tǒng)一規(guī)范，而ARINC標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)為航空電子設(shè)備互操作性的實現(xiàn)提供了堅實框架。其中，ARINC REPORT 665-4標(biāo)準(zhǔn)聚焦于可加載軟件飛機部件（LSAP）管理，其對LSAP的內(nèi)容、分類和組織方式進行了明確界定。將LSAP加載至目標(biāo)機的過程，是通過AFDX總線以發(fā)送消息的形式將LSAP加載至目標(biāo)機[2]。在這之中，LSAP頭文件的構(gòu)建尤為關(guān)鍵，它猶如一把鑰匙，關(guān)乎著整個軟件加載流程的精準(zhǔn)性與安全性。因此，深入探究ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)下LSAP頭文件構(gòu)建方法，剖析其重要性，探索其應(yīng)用領(lǐng)域，對于推動航電系統(tǒng)軟件管理技術(shù)進步、保障飛機飛行安全以及提升航空電子領(lǐng)域的整體效能具有極為重要的理論與現(xiàn)實意義。

1" " LSAP組成

根據(jù)ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，一個LSAP由一個頭文件、一個或多個數(shù)據(jù)文件構(gòu)成，同時，根據(jù)需要LSAP也可以包含一個或多個支持文件作為輔助定義[3]。ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)對LSAP中頭文件擴展名進行了定義，即“.LUH”，數(shù)據(jù)文件和支持文件的擴展名由用戶自行定義，可以命名為ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)3.2.2章節(jié)所定義的保留擴展名列表以外的任何擴展名，但對于數(shù)據(jù)文件的擴展名，ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)強烈建議定義為“.LUP”，實際工程中也存在不同擴展名格式的數(shù)據(jù)文件，常見的數(shù)據(jù)文件擴展格式有“.BIN”和“.DAT”等[4]。一個LSAP的構(gòu)成如圖1所示。

LSAP頭文件主要由數(shù)據(jù)加載端在數(shù)據(jù)加載操作期間使用，但用戶也會使用頭文件進行支持文件的定位[5]。根據(jù)ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，LSAP中的數(shù)據(jù)文件和支持文件，其內(nèi)容和格式完全由可加載軟件部件供應(yīng)商自行定義，ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)文件和支持文件內(nèi)容的唯一限制是其內(nèi)容應(yīng)包含整數(shù)倍的字節(jié)（Byte）數(shù)。對于LSAP頭文件，ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)詳細規(guī)定了其內(nèi)容、包含的要素及格式，頭文件的構(gòu)建必須嚴(yán)格按照ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)的定義進行。下文將闡述頭文件的內(nèi)容和格式，并進一步討論頭文件的構(gòu)建方法和過程。

2" " LSAP頭文件結(jié)構(gòu)

一個LSAP中的LSAP頭文件提供了該可加載軟件部件的描述信息，包括部件號、加載類型、硬件標(biāo)志、該LSAP包含的數(shù)據(jù)文件和支持文件的索引以及文件完整性檢查值等。ARINC 615A數(shù)據(jù)加載工具通過讀取LSAP頭文件中的信息，將指定的可加載部件加載到對應(yīng)的目標(biāo)硬件內(nèi)存中。LSAP頭文件內(nèi)容和格式定義如表1所示，其中各個字段的占位大小、是否為可選字段等詳細信息參見ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)第2.2.3.1章節(jié)。

3" " LSAP頭文件構(gòu)建方法

根據(jù)第2節(jié)介紹的LSAP頭文件內(nèi)容和結(jié)構(gòu)定義，可以看到LSAP頭文件是一種二進制格式的文件，各個字段的占位不盡相同，有的字段是固定占位，有的則為變長占位。由于飛機可加載軟件部件種類繁多，數(shù)量龐大，且可配置數(shù)據(jù)多，因此用手寫的方式來構(gòu)建LSAP頭文件完全不具備可行性。本文提出一種生成LSAP頭文件的方法，即通過設(shè)計一種JSON格式的配置文件，記錄生成LSAP頭文件所需的信息；再實現(xiàn)一種轉(zhuǎn)換工具，將配置文件轉(zhuǎn)換為二進制LSAP頭文件。構(gòu)建過程如圖2所示。

3.1" " 配置文件

配置文件可理解為一種模型，以便管理和持久化。用來描述配置文件模型的語法應(yīng)該是一個被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)，使用標(biāo)準(zhǔn)化的格式可以減少誤解和溝通成本，使得不同開發(fā)者和工具能夠更容易地理解和使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本文采用JSON[6]格式的配置文件，它有足夠的靈活性和可擴展性，同時容易實現(xiàn)驗證。

針對LSAP頭文件的字段及其意義，配置文件應(yīng)具備LSAP頭文件部件號、硬件識別碼、加載類型識別碼、數(shù)據(jù)文件、支持文件和檢查值類型等屬性可供用戶配置。在配置文件中，應(yīng)該有必需要素，同時也支持可選要素。配置文件應(yīng)該支持的必需可配置要素有加載文件格式版本、部件標(biāo)記、加載項部件號、加載類型識別碼、硬件標(biāo)識碼和數(shù)據(jù)文件列表。配置文件應(yīng)該支持的可選可配置要素有加載項檢查值類型、加載類型描述、供應(yīng)商部件號、用戶自定義數(shù)據(jù)、帶有位置信息的硬件識別碼和支持文件列表。具體的可配置要素及其約束如下：

1）加載項檢查值類型。本要素為可選要素，類型為十進制整數(shù)枚舉，取值范圍是3～8。其中3代表32-bit CRC，4代表MD5，5代表SHA1，6代表SHA-256，7代表SHA-512，8代表64-bit CRC。

2）加載文件格式版本。本要素為必需要素，類型為十六進制整數(shù)枚舉，取值如下：0x8004代表加載文件，0x9004代表批處理文件，0xA004代表媒體文件。

3）部件標(biāo)記。本要素為必需要素，類型為十六進制整數(shù)枚舉，取值范圍如下：0x0代表上傳、0x1代表下載。

4）加載項部件號。本要素為必需要素，類型為字符串，需要符合MMMCC-SSSS-SSSS模式。

5）加載類型識別碼。本要素為可選要素，類型為十六進制整數(shù)，取值最大4位十六進制數(shù)0xFFFF。

6）加載類型描述。本要素為可選要素，類型為字符串，對于特定的加載類型識別碼，其加載類型描述必須是唯一的。

7）供應(yīng)商部件號。本要素為可選要素，類型為字符串，需要符合MMMCC-SSSS-SSSS模式。

8）用戶自定義數(shù)據(jù)。本要素為可選要素，可以是用戶自定義數(shù)據(jù)文件路徑，也可以是數(shù)據(jù)本身。

9）數(shù)據(jù)文件列表。本要素為必需要素，為JSON數(shù)組類型，每個數(shù)組元素應(yīng)包含文件部件號、文件檢查值類型（可選）和文件名。

10）硬件識別碼。本要素為可選要素，為字符串?dāng)?shù)組類型。

11）帶有位置信息的硬件識別碼。本要素為可選要素，為JSON數(shù)組類型，每個數(shù)組元素應(yīng)包含硬件識別碼和位置列表，位置列表為JSON字符串?dāng)?shù)組。需要注意的是，這里的硬件識別碼必須已經(jīng)在硬件識別碼要素中被定義。

12）支持文件列表。本要素為可選要素，為JSON數(shù)組類型，每個數(shù)組元素應(yīng)包含支持文件部件號、支持文件檢查值類型和支持文件名。

關(guān)于部件號需要符合MMMCC-SSSS-SSSS模式的要求，源于ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)對于部件號的要求和建議。加載到航電系統(tǒng)模塊上的所有LSAP都應(yīng)具有唯一的標(biāo)識號，LSAP是以部件號（Part Number，PN）進行唯一標(biāo)識的，每個LSAP只能定義唯一的PN號。主機單位和供應(yīng)商應(yīng)就PN號的定義達成一致[7]。PN號通常由專用的工具生成，此處需要指出的是，在LSAP加載到目標(biāo)機的過程中，ARINC 615A數(shù)據(jù)加載客戶端讀取頭文件各個字段內(nèi)容，以便將指定的數(shù)據(jù)文件加載到目標(biāo)硬件內(nèi)存中[8]。LSAP在執(zhí)行ARINC 615A加載過程時，ARINC 615A加載器通常不執(zhí)行PN號的規(guī)則檢查（例如分隔符的存在與放置、使用的字符和其他格式變化等），是為了滿足更大程度的加載靈活性和兼容性[9]。

3.2" " 轉(zhuǎn)換工具

轉(zhuǎn)換工具負責(zé)將配置文件中的要素信息轉(zhuǎn)換為LSAP頭文件內(nèi)容，主要包括配置文件讀取、配置文件檢查和LSAP頭文件字段填充三個步驟。將配置文件設(shè)計為JSON格式是充分考慮到其易讀取、易解析和易檢查的特性，對于轉(zhuǎn)換工具的實現(xiàn)非常友好。配置文件的讀取和檢查可以使用現(xiàn)有開源庫方便地實現(xiàn)，檢查可以使用JSON Schema[10]的機制實現(xiàn)，檢測到配置文件的要素不符合定義要求或約束時，可以報告信息以便用戶對配置文件排故。

二進制LSAP頭文件中的所有字段可分為絕對指針、相對指針、數(shù)量、長度、完整性校驗值等幾種類型。

1）絕對指針的字段有指向加載項部件號長度的指針和指向目標(biāo)硬件識別碼數(shù)量的指針等。這些指針字段在LSAP頭文件中靠近起始位置，總共有8個，其意為從LSAP頭文件起始位置到對應(yīng)字段的偏移量，偏移量的單位是16-bit。

2）相對指針字段有數(shù)據(jù)文件指針和支持文件指針等。這類指針在文件列表字段中，其意為在LSAP頭文件中從當(dāng)前位置到循環(huán)組中下一個該指針字段的偏移量，同樣偏移量的單位為16-bit。

3）數(shù)量類型的字段有目標(biāo)硬件識別碼數(shù)量、支持文件數(shù)量和數(shù)據(jù)文件數(shù)量等。這類字段值的填充需要工具能夠提取配置文件中對應(yīng)數(shù)組類型的要素，計算數(shù)組中包含元素的數(shù)量。

4）長度類型的字段有加載項部件號長度、加載項類型描述長度和數(shù)據(jù)文件名長度等。這類字段值的填充需要轉(zhuǎn)換工具能夠計算配置文件中相應(yīng)要素取值的長度，例如加載項部件號長度是指加載項部件號所包含的字符數(shù)量。

5）完整性校驗值類型的字段有數(shù)據(jù)文件CRC、數(shù)據(jù)文件檢查值和加載項CRC等。這類字段需要工具根據(jù)通用的CRC計算方法、MD5計算方法和SHA計算方法等，對ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)定義的各字段計算范圍進行校驗值計算。

除了以上指針、數(shù)量和長度類型這些需要額外計算的字段外，其余字段的填充，轉(zhuǎn)換工具均可讀取配置文件中對應(yīng)要素的值再直接填入。

4" " 結(jié)束語

本研究圍繞基于ARINC 665-4標(biāo)準(zhǔn)的航電系統(tǒng)LSAP頭文件構(gòu)建方法展開深入探討，通過詳細剖析LSAP的組成結(jié)構(gòu)，明確頭文件在其中的關(guān)鍵地位與嚴(yán)格的規(guī)范要求，進而創(chuàng)新性地提出借助JSON格式配置文件與轉(zhuǎn)換工具來構(gòu)建頭文件的方法。這一方法在理論層面為航電系統(tǒng)軟件加載環(huán)節(jié)中LSAP頭文件的精準(zhǔn)構(gòu)建提供了堅實的依據(jù)，有望提升相關(guān)開發(fā)與維護工作的效率與準(zhǔn)確性。然而，在實際應(yīng)用場景中仍可能面臨諸如不同航電設(shè)備兼容性差異、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理時轉(zhuǎn)換工具性能瓶頸等挑戰(zhàn)。未來研究可聚焦于進一步優(yōu)化配置文件的靈活性與擴展性，增強轉(zhuǎn)換工具的穩(wěn)定性與效率，同時持續(xù)關(guān)注ARINC標(biāo)準(zhǔn)的更新與行業(yè)發(fā)展動態(tài)，以確保本研究成果能更好地適應(yīng)不斷變化的航電系統(tǒng)需求，為航空電子領(lǐng)域的技術(shù)進步貢獻更多力量。

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[10] JSON Schema Docs[EB/OL].（2024-02-10）[2024-12-21].https：//json-schema.org/.

收稿日期：2025-01-08

作者簡介：武娟（1988—），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：多媒體、航電系統(tǒng)、嵌入式軟件。