飛控系統實時數據記錄器的設計實現

徐 智，王安平，舒 舟，胡玉露

(1.中航工業直升機設計研究所，江西景德鎮 333001;2.陸航駐景德鎮地區軍事代表室，江西景德鎮 333001)

0 引言

飛行參數記錄器是現代飛行器上必裝的設備之一。最初，它們只是在重大事故中作為幫助調查員進行調查的手段。現在，由于在數據收集和存儲方面的改進，這些數據還可有許多其他用途。在以往直升機科研試飛階段，往往需要借助飛行參數記錄器中記錄下的飛行數據，并以此作為依據開展飛控系統排故和控制律調參工作。由于飛行參數記錄器中記錄的飛控系統參數的更新周期較長，不能滿足飛控系統實時性的要求;而且飛行參數記錄器所記錄的對象是面對全機的，所以分配給飛控系統的存儲空間有限，導致飛控系統參數記錄的數據不全面。因此在直升機科研試飛階段，需要一個飛控系統專用的數據記錄器，用以實時記錄下飛控系統所有的飛行參數及故障信息。本文提出并實現了一種用于實時記錄飛控系統飛行參數的數據記錄器。

1 數據記錄器的硬件實現

該數據記錄器是基于ARM9處理器、FPGA和429總線接口器件實現的。其系統組成如圖1所示。其中，在數據記錄器上電的時候，CPU、FPGA完成自身的初始化，CPU通過邏輯控制信號、數據總線和FPGA，對429接口器件進行初始化。429接口器件能同時完成兩路429信號的接收任務，同時產生中斷信號。CPU接收到中斷請求信號，對中斷進行響應，并對中斷信號進行判別。FPGA利用數據線將429接口器件中的429數據讀取出來，并放到數據總線上。CPU將讀取到的429數據，按相應的存放策略存儲到CF存儲卡中。由此完成了429數據的接收和存儲任務。

圖1 數據記錄器系統組成圖

該數據記錄器的CF存儲卡的容量為16G。CF卡的讀寫以扇區為單位，每扇區容量為512個字節，共有31980817個扇區。其中0扇區為信息索引扇區，用于記錄飛行架次信息和每架次信息所占用的最后一個扇區號。扇區1至扇區15990407為A路429數據存儲區域，扇區15990408至扇區31980816為B路429數據存儲區域。假設每架次飛行時間為4小時，按下列公式計算可得理論上最多記錄飛行架次為71架次，滿足實際飛行的需要。

記錄的飛行架次:RFT(Record Flight Times);

每拍發送的429數據字:429WPS(429WORD per Step)=25;

每拍數據發送周期:t=12.5 ms;

每架次飛行時間:T=4 Hour;

單路數據存儲區域扇區數:TB(Total Blocks)=15990407;

2 數據記錄器的軟件實現

數據記錄器的軟件分為兩部分。其一是駐留于飛控計算機內的飛控系統數據發送軟件，另一部分則是駐留于飛控數據記錄器內的飛控系統數據存儲軟件。

2.1 數據發送軟件

該軟件植入于飛控系統軟件之中，運行周期為12.5ms，用于獲取飛控系統實時數據，并對數據進行加工，使之成為適應ARINC429總線發送的格式并通過429總線將數據發送給飛控數據記錄器。發送給數據記錄器的信號參數，除了傳統的飛行參數之外，還將系統的外部輸入控制信號，飛控系統內部故障監控信息和控制律計算中間變量加工成429數據發送給數據記錄器。相對飛參數據記錄器而言，飛控數據記錄器中記錄的數據更具實時性，記錄的信號參數更加具體和充分。以某型機為例，飛參記錄數據的周期為250ms，而飛控數據記錄器記錄的周期為12.5ms;飛參記錄的信號為140個，而飛控數據記錄器記錄的信號多達200多個。

由于該軟件運行周期為12.5ms，系統在一個周期內無法將所有信號發送完畢。根據飛控系統參數的重要程度和429總線的波特率，在設計發送策略時，分為了12.5ms速率發送組，50ms速率發送組和100ms速率發送組。并將所有信號分為13組，保證每一拍都能發送25個429字。

該軟件流程圖如圖2所示。通過判別計數器的值，確定每一拍加工的數據信息組，在每拍中都有1個12.5ms發送組、1個50ms發送組和1個100ms發送組。從而既匹配了429的波特率，又將所有200多個飛控系統信息全部分時發送個了數據記錄器。

2.2 數據存儲軟件

該軟件駐留于飛控數據記錄器中，負責采集429總線上的數據，并將其存儲在CF卡中。其軟件流程圖如圖3所示。大概過程如下:

圖2 飛控數據發送軟件流程圖

圖3 飛控系統數據存儲軟件流程圖

1)首先，數據記錄器上電之后，對整個系統進行初始化;

2)將CF卡作為文件系統打開，并判斷打開是否成功，若CF卡打開不成功，則結束軟件的運行;

3)成功打開CF卡后，讀取扇區0中的信息，并判斷讀取是否成功，若不成功，則結束軟件的運行;

4)成功讀取扇區0中的信息，判斷第一個字節是否為0x5A，如果是0x5A則按續寫儲存策略進行數據存儲，如果是0x0則按重寫存儲策略進行數據存儲;

5)判斷是否有429數據接收的中斷請求，如果有中斷請求則將接收到的數據按存儲策略進行存儲。

3 結束語

通過對飛控系統數據記錄需求進行充分分析后，設計和實現的該機載飛控系統數據記錄器可以較好地完成數據采集和存儲任務。該數據記錄器已在某型機的飛控系統地面閉環試驗中得到充分應用，并起到了積極作用。在該系統設計過程中，特別是在飛控系統參數發送中，實現既匹配429總線的波特率又兼顧飛控系統參數的重要性和完整性，這在今后類似設備設計時具有較強的借鑒意義。

［1］鄧思才，譯.飛行數據記錄器和艙音記錄器數據當前的應用［Z］.事故分析方法

［2］韓瑋，翟正軍.飛行數據綜合記錄與分析系統的設計與實現［J］.計算機工程與設計，2007(17):137-139.