摘 要 近年来，嵌入式总线数据采集模块技术已经广泛应用到机载测试系统中。本文主要开展了基于实时操作系统的嵌入式模块化机载429总线测试设备功能开发、编程应用以及测试方法等的研究工作。
关键词 嵌入式模块； 机载429总线测试；应用研究
中图分类号V249.1 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0144-02
0引言
在飞行试验中，航空总线数据的采集、转发、记录属于常见的测试需求。目前，基于实时操作系统的嵌入式航空总线数据采集模块在体积、功耗和可靠性等方面较以往采用的基于Windows系统的数据采集系统有着明显的优势，已经在机载测试领域得到了逐步的应用。
嵌入式航空429总线数据采集模块的核心是可编程的PowerPC处理器，用于控制429标准总线接口，操作系统为linux系统，具备对总线数据的转发、记录和独立控制等功能，该模块具备4个429总线接收通道和2个429总线发送通道，并提供了IRIG时钟信号同步等功能，面向使用者的应用程序的编写和调试可以通过内置的BTIDriver接口来实现。
本文主要内容是以嵌入式航空429总线数据采集模块为主要硬件平台，开展的基于实时操作系统的机载429总线测试设备的应用开发和典型功能测试等工作。
1典型应用需求分析
目前机载总线测试设备针对429总线数据的测试功能主要包括总线数据的采集转发和记录两方面。采集转发功能是将接收到的航空429总线数据（通常包括惯性导航系统或大气数据系统输出的载机平台基准信息）按要求协议规定处理后通过特定的总线通讯格式发送给被试设备，供被试设备实时解算应用。记录功能则是读取被试设备输出的429总线数据和外部时统数据，并将获取的数据按照一定格式进行存储记录，飞行后按照事先给定的ICD文件进行解码形成数据文件，根据数据分析结论对被试设备功能和性能进行考核。机载429总线测试设备典型应用模式如图1所示。
2应用测试环境设计
在实验室中实现机载429总线测试设备采集转发和记录功能，需要搭建相应的应用测试环境，设计仿真系统作为实时数据激励源是进行应用测试的前提。
本项目设计了惯性导航系统模拟器，将仿真的惯性导航数据通过429总线发送给测试设备，经测试设备处理后转化为RS422总线格式输出。接下来设计了被使设备模拟器，实时接收测试设备转发的RS422数据，为了使整个数据流程更直观，同时设计了被试设备数据接收显示监控界面。该应用测试环境还接入IRIG-B（AC）码信号源，给测试设备提供外部时统信号，将记录的数据文件打上时标，便于事后数据处理系统对测试设备记录的数据进行处理分析。
2.1惯性导航系统模拟器设计
惯性导航系统模拟器在应用测试环境中的作用是充当机载429总线测试设备的上位机，为总线测试设备提供实时数据激励。该模拟器对ARINC429总线板卡进行了相应配置，通过软件模拟来实现惯性导航数据的实时发送。该模拟器具备三种工作模式，分别为系统自测试模式、接收模式、发送模式。在系统自测试模式中，可通过连接任意两个板卡通道并设置为发送和接收，即可完成对板卡发送和接收功能的自测试。当该模拟器与真实惯导连接，可设置为接收模式，则该模拟器变成记录设备，完成对惯导数据的记录与分析。在发送模式中系统可按给定周期发送21个惯导参数，并将发送的参数进行实时记录用于与记录数据比对。
2.2被试设备模拟器设计
被试设备模拟器在采集转发功能应用测试中的作用是充当机载429总线测试设备的下位机，在采集记录功能应用测试中则作为机载429总线测试设备的上位机。该模拟器用软件配置驱动串行总线板卡，对总线测试设备处理转发的RS422数据进行实时接收，并按照规定的ICD格式进行解码、显示并记录。同时为了验证发送和接收的一致性，在发送的数据帧中设有数据帧计数。
3实际应用测试与结果分析
3.1采集转发功能开发和应用测试
采集转发功能用于被试设备输入数据总线形式与机载设备输出数据总线形式不同的情况。如载机平台的惯性导航系统数据输出总线是ARINC429，而被试设备数据输入总线是RS422。为了使被试设备获得载机平台的位置和姿态等信息进行实时解算，需要通过机载429总线测试设备作为桥接，将惯导输出的ARINC429总线数据转换为被试设备需要的RS422总线数据。在该应用环境下，数据传输时延和误码率即是机载429总线测试设备的关键性能指标。
为了保证机载429总线测试设备采集转发功能的通用性，在程序设计中引入了配置文件的思想，即将需要发送的数据Lable号、通道号、分辨率、数据帧的帧头、帧尾以及RS422的相关设置在设备初始化之前进行读取并存储，设备将根据配置信息进行初始化。在数据接收过程中，先将接收到的数据与配置信息比较，如果是要发送的数据，则存入初始化时分配的内存空间中，同时判断发送周期，然后按周期将组好的数据帧通过RS422总线格式发送出去。图2为总线测试设备数据采集转发处理的流程图，表1为部分配置文件信息。
在采集转发功能应用测试过程中，机载429总线测试设备的输入通道1连接惯导模拟器输出，输出通道1连接被试设备模拟器。在数据传输过程中，按照表1内容对配置文件进行了编辑，设置发送周期为50ms，波特率为115200。
试验测试过程中，用设计的软件驱动机载429总线测试设备，将惯导ARINC429数据实时转换为RS422数据并发送到被试设备接收，总线测试设备采集转发功能正常。
通过对惯导模拟器记录的发送数据和被试设备模拟器接收到的转发数据的处理分析，总线测试设备采集转发的时间延迟在10ms以内，数据转发的实时性满足使用要求。数据传输的误码率达到10-6，数据转发的正确性满足使用要求。
3.2采集记录功能开发和应用测试
机载429总线测试设备通过采集记录功能读取被试设备输出的总线数据，同时接收外部时统信号，给记录的数据文件打上时标，生成存储文件，用于飞行后卸载分析。
在采集记录功能开发中，通过应用程序设计，在系统初始化时，将四个接收通道全部初始化，并设置为监视状态，数据速率设置为自动，这样总线测试设备可完成数个429总线输出设备的数据采集与记录。由于在队列数据结构中有通道信息，如果通道不与被试设备连接时，队列中不会产生该通道的记录，这就实现了通道的自动识别，因而生成的数据文件不按通道区分，全部数据记录于1个文件中，由事后处理程序进行区分，以简化数据采集记录的流程。在创建存储文件时，系统读取外部时统时间，按“arinc429时分.dat”格式命名，存储文件按表2给出的最简化格式存储。为提高记录文件的有效性，采用了文件分割的思想，即每半小时按上述方法自动生成1个存储文件。
在采集记录功能应用测试过程中，由于ARINC429总线差分信号驱动能力强，因此将惯性导航系统模拟器输出的1路ARINC429总线数据分成四路，分别接入机载429总线测试设备的四个接收通道上，即4路接收同源信号，便于对比检查误码率。
记录数据事后处理过程中，由于有4接收个通道，因此在程序开始就创建4个文件，用于存储4个通道的数据信息，文件按“ChnArinc429 data年月日时分.bin”命名，年月日信息可通过系统时间获得，起始时间为文件头后边的起始时间。在处理程序中，利用记录中的通道号区分利用各自的处理函数进行处理，因此通道处理函数的输入参数有文件句柄、数据和时间。在通道处理函数中，针对具体ICD再进行实际解码并输出打印到对应的文件。处理结果表明，采集记录的数据与发送的数据比较时间延时在1ms以内，且四个通道数据时标完全一致。
4 结论
为了提高机载测试效能，嵌入式航空总线数据采集模块技术已经逐步应用到机载测试系统中。本文从机载测试需求入手，通过硬件配置和应用软件设计，开发了基于实时操作系统的机载429总线测试设备，同时建立应用测试环境，设计了基本的试验方法，通过采集转发和采集记录两种典型功能的仿真测试，充分验证了该型总线测试设备的功能满足机载429总线测试需求。但由于其尚为经过长期实际飞行检验，必然还存在一些不足，在未来的试飞中，需待进一步改进和调试。
参考文献
[1]屈四宝，苗坚，陆寅.面向机载武器测试系统的高性能智能化429总线通信模块研制.科学技术与工程，2012， 12（3）.
[2]高扬，徐景硕.航空数字数据传输系统接口设计.航空计算技术，2001，31（4）.
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