直升機發射控制電路監控方法設計

2015-12-23 05:21:57李海軍,牟俊杰,周迎等

兵器裝備工程學報 2015年1期

【裝備理論與裝備技術】

直升機發射控制電路監控方法設計

李海軍1，牟俊杰1，周迎2，陳育良1

(1:海軍航空工程學院兵器科學與技術系，山東煙臺264001； 2. 91286部隊裝備部，山東青島266021)

摘要：直升機發射控制電路用于管理和控制飛機所攜帶的各種武器，其通過1553B總線給導彈裝訂發射諸元并下達投放允許命令；總線信號實時性強、交聯關系復雜，給飛機的測試帶來較大難度，因此有必要對發控電路的總線系統進行研究，以完善發控電路測試方法；基于多線程、中斷服務和DMA方式，提出了總線監視數據與信號波形比對相結合，通過對GJB1188A的分析，在接口控制文件未知的情況下反求信號的意義，為直升機發控電路的檢查奠定基礎。

關鍵詞：發控電路；1553B總線；數據反求；信號比對

收稿日期：2014-06-27

作者簡介：李海軍(1965—),男，博士，教授，主要從事武器系統測試與健康管理方面的研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.01.002

中圖分類號：TP29

文章編號：1006-0707(2015)01-0004-0f4

本文引用格式：李海軍，牟俊杰，周迎，等.直升機發射控制電路監控方法設計[J].四川兵工學報，2015(1):4-7.

Citation format:LI Hai-jun, MOU Jun-jie, ZHOU Ying, et al.Supervisory Method Design of Helicopter Emission Control Circuit[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(1):4-7.

Supervisory Method Design of Helicopter Emission Control Circuit

LI Hai-jun1, MOU Jun-jie1, ZHOU Ying2, CHEN Yu-liang1

(1.Department of Armament Science and Technology,

Naval Aeronautical Engineering Academy, Yantai 264001, China;

2.Armament Department, the 91286th Troop of PLA, Qingdao 266021,China)

Abstract:The helicopter launch control circuit is used to manage and control the various weapons that the plane carried. It is used to transmit the launch data and the command of throwing permitting by 1553B bus. The real-time character of bus signal is strong, and the cross linking relation is complicated, which brings a great degree of difficulty to the aero test. Therefore it is necessary to study the bus system of the launch control circuit to make the circuit test method perfect. The combination and comparison of the bus monitor data with the signal waveform were put forward based on the technology of multithread, interrupt and DMA to establish the foundation for the test of the helicopter launch control circuit through the analysis of GJB1188A and the data’s meaning in the condition of unknowing interface control document.

Key words: launch control circuit; 1553B bus; data reserve; signal contrast

現代飛機航空電子系統功能極其復雜，航空總線技術以其結構簡單、傳輸速度快、誤碼率低的特點成為連接機載設備的關鍵技術，是數據交換的紐帶。航空總線關系到機載設備間正常通訊的進行，并且在飛機的導航、操縱、控制、作戰和信息處理等任務中其輔助作用。在對航空總線系統進行測試時，需要了解接口控制文件(ICD)對信號的定義[1]，但是接口控制文件密級很高，生產廠商有時需要保密，這極大制約了航空總線設備的監測與診斷。針對直升機發控電路檢查時遇到的總線檢測問題，設計了直升機發控電路總線監控方法，以總線監視與波形顯示相結合的方式，根據GJB1188A的理論基礎，對比分析總線數據的定義，得到所需的接口控制文件。

1總體方案設計

發控電路總線監控首先需要采集并記錄發控電路檢測過程中總線上傳遞的各種信號，繼而對這些數據進行信息融合。通過對比仿真終端監視到的總線數據與信號記錄儀采集到的波形，分析判斷是否出現失真、丟包、延遲和數據跳變等錯誤現象[2]，驗證采集到的數據的可靠性、精確性，準確地判斷信號的完整度，防止誤碼、丟碼。在保證數據準確的前提下，分析信號的定義才有意義,因此監控系統應具有如下功能：

總線監視功能，監控系統作為接口設備，應按GJB289A的規定接收并解碼直升機中總線控制器發送的命令字[3]，按照指令的要求對命令字做出回應。監控系統通過奇偶校驗確保傳遞信號的正確性，并按照配置對發控電路傳輸的任意數據塊和數據字進行監控。

數據回放功能，利用ActiveX技術在LabWindows/CVI平臺中訪問Excel，按規定格式實時存儲采集到的總線數據，用戶可以通過訪問Excel回顧以往的數據通信過程,也可以按需要選擇一定時間范圍內的數據，檢索、分析數據信息。

信號采集、波形顯示功能，利用數據采集卡設計信號波形記錄儀，將目標信號實時采集記錄，存入工控機中。針對信號經過總線接口的數據采集卡后，波形會發生一定偏斜的問題，本文設計了波形處理邏輯，完成數據的可靠傳輸。采用同步繪制信號波形的方法實現實時觀察信號特征，并將信號所表示的曼徹斯特碼存入比對數組中。

比對分析功能，先將仿真終端采集到的數據與信號記錄儀采集到的波形信號進行比對，直觀地觀察數據是否完整，繼而將兩種數據按照比對規則在比對數組中，結合GJB1188A進行分析，將接收到的有關數據從編碼形式轉換成相應的物理量或功能定義，為發控電路的檢查奠定基礎。

2硬件設計

監控系統的顯示控制和數據處理采用便攜式工控機，采用具有總線監視功能的1553B接口卡監視總線數據，通過波形記錄儀對總線信號的波形進行采集分析，此種設計保證了監控系統的便攜性和功能可擴展性，其結構組成如圖1所示。

圖1　硬件系統組成框圖

2.1顯示控制模塊

便攜式工控機是系統處理、控制的中心，為保證系統的通用性和可擴展性，選用研華IPC-610H工控機，該工控機具有體積小、數據處理速度高、硬盤空間大等特點，具有3個PCI插槽，保證了1553B總線接口卡的安裝和系統的功能擴展。

2.2數據采集模塊

2.3總線監控模塊

1553B總線協議是一個非常復雜的通信系統協議，為了完成對總線的監測首先須實現工控機與總線網絡的通信，故采用了Excalibur公司生產的M4K1553MCH接口卡，該卡能仿真模擬多種功能，提供源代碼級API函數，提供了系統與計算機間的接口，支持在LabWindows/CVI環境下對其進行編程，方便了用戶的后續功能開發。

3軟件設計

3.1軟件功能

根據系統的功能需求和硬件系統的配置，軟件部分主要完成3個部分的內容：數據監控、信號比對、數據分析。經綜合考慮，通過多線程和中斷服務相結合的方式實現上述功能。其中中斷服務用來完成讀取總線接口卡數據緩沖區的內容，以實現數據監控的完整性、實時性。以LabWindows/CVI作為系統軟件的開發平臺，軟件系統的結構如圖2所示。

圖2　系統軟件結構

3.2關鍵技術

3.2.1多線程技術

Windows系統在工作時將CPU資源分成若干個小的時間片，按系統內部進程與線程不同的優先級進行分配[4]。盡管系統內部是分時工作的，但是用戶感覺到的是多任務同時進行。系統內的各個進程均在各自的時間片內工作，因此不會產生時間沖突。系統選用LabWindows/CVI作為軟件開發平臺，它針對不同特性的任務提供了兩種多線程實現方案：線程池技術適用于任務時間不連續；異步定時器技術適用于周期性處理多項任務。為了滿足系統實時性、多任務的需求，采用線程池技術，主要線程有用戶界面、數據監控、信號采集、信號比對和數據處理等。

調用LabWindows/CVI函數庫中的CmtScheduleThreadPoolFunction函數，將任務函數的函數名賦值給它，然后系統根據線程池的設置和當前屬性分配一個線程用于處理此函數。在此過程中，系統或者新建一個線程，或者直接分配空閑線程，或者某等待活動線程空閑。

3.2.2中斷服務

中斷技術是解決實時性較好的辦法，即當1553B接口卡的存儲區儲滿時，產生消息中斷，將存儲區中的750條消息存儲到內存中。但是Windows系統對中斷服務不完全開放，因此需利用Windows系統的多線程機制結合1553B接口卡的可拓展性，實現1553B總線通信的中斷服務[5]。

在初始化程序中構建了一個循環的中斷歷史列表。中斷歷史列表第一個字是中斷狀態字，這個十六位的字包含關于中斷事件的信息；第二個字指明了產生中斷的方式命令或子地址的描述塊地址；第三個字存儲了下一個中斷記錄條目的RAM地址。當中斷產生時，1553B接口卡向RAM中寫入中斷歷史列表的第一、第二個字，同時讀取第三個字作為下一個中斷記錄的寫入地址。本設計中，中斷處理程序完成了中斷歷史列表的處理及指針更新；完成了消息的定位；標記了消息狀態；進行了新數據標志的更新等功能。為了保證傳輸的數據不丟失，所以將中斷歷史列表設計成了一個循環鏈表。

3.2.3DMA存儲方式

DMA即直接存儲器訪問， DMA技術使需要傳輸的數據可以直接從適配卡到內存，不需要CPU的參與，因此極大地降低了CPU的負擔，提高了系統的實時性。編制程序并存儲在適配器的ROM上，令適配器提前處理需要傳輸的數據并設置DMA功能的參數，如通道屬性、數據個數、存儲空間以及地址變化方式等，這些參數將被送到工控機上的DMA控制器,通過DMA控制器來實現對DMA傳輸的控制。數據傳輸始于控制器完成初始化，繼而就可以跳過CPU，獨立完成傳輸。

3.2.4ActiveX技術

ActiveX是一種軟件組件，在編制軟件的過程中用它來將不同功能的現有軟件嵌入軟件系統中，實現多個應用程序的組合，或者同一軟件中不同功能的切換[6]。LabWindows/CVI通過對ActiveX的調用，實現將監控系統所監控到的數據轉移到Excel中，依靠Excel數據處理功能對數據進行分析，降低了工作難度。在LabWindows/CVI中實現Excel功能的方法如下：

ExcelRpt_ApplicationNew (0,&appHandle);

ExcelRpt_WorkbookNew(appHandle,&bookHandle);

ExcelRpt_WorksheetNew(bookHandle,1,&sheetHandle);

3.2.5數據比對

監控系統得到的數據信息量非常龐大，為了確保數據的完整性，并且準確分析出信號的定義，需要從海量數據中對總線數據和信號波形進行匹配，快速提取有效數據[7]。監控系統得到的總線數據已經以Excel表格的格式進行存儲，需要對這些數據進行篩選，再將篩選出的數據與信號記錄儀采集到的信號寫入比對數組，結合GJB1188A設置比對規則，然后存儲比對后的結果。

3.3軟件流程圖

系統軟件流程如圖3所示。