民機(jī)航電RIG ARINC429總線抽引研究

全軼青

民機(jī)航電RIG ARINC429總線抽引研究

全軼青

當(dāng)前主流的商用客機(jī)航電系統(tǒng)架構(gòu)及其設(shè)備之間都是通過(guò)ARINC429總線進(jìn)行聯(lián)接的，文章通過(guò)對(duì)航電RIG的總線抽引進(jìn)行研究，提出方法與建議。

隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展，航電系統(tǒng)向著高度綜合、集成的方向不斷邁進(jìn)，總線被大量的使用，無(wú)論是ARINC429總線還是ARINC664總線，在工程人員進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析或故障排查時(shí)，都需要對(duì)它們進(jìn)行抽引、觀察和分析。而ARINC429又是總線研究的基礎(chǔ)，也是當(dāng)前正被廣泛使用的總線方式；即使未來(lái)機(jī)型逐步使用AFDX網(wǎng)絡(luò)，但目前設(shè)備端和進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)之前所進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸仍要依靠ARINIC429總線。

航電RIG平臺(tái)中ARINC429總線抽引的意義

航電系統(tǒng)的RIG結(jié)合鐵鳥（Iron Bird）試驗(yàn)平臺(tái)是一種地面工程模擬器，用于組合、模擬、試驗(yàn)、驗(yàn)證和優(yōu)化所設(shè)計(jì)的飛機(jī)系統(tǒng)，包括導(dǎo)航、飛控及其他航電系統(tǒng)。現(xiàn)代的航電RIG平臺(tái)，無(wú)論是設(shè)備端還是系統(tǒng)之間的聯(lián)接都需要大量使用ARINC429總線；隨著航電系統(tǒng)技術(shù)和集成度的提升，AFDX網(wǎng)絡(luò)會(huì)逐步應(yīng)用于系統(tǒng)級(jí)的交聯(lián)，但由于技術(shù)、成本的考慮以及對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備的依賴，依然無(wú)法全面取代ARINC429總線的使用。

在飛機(jī)研制期間，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試使得工程人員必須時(shí)刻掌握總線數(shù)據(jù)的傳輸；當(dāng)需要進(jìn)行系統(tǒng)排故時(shí)，時(shí)常需要在RIG上觀察和分析總線傳輸定義及內(nèi)容，以定位故障；在設(shè)備軟硬件升級(jí)時(shí)，更要先進(jìn)行RIG平臺(tái)的測(cè)試才能實(shí)現(xiàn)裝機(jī)。如此，對(duì)于工程人員，在試驗(yàn)平臺(tái)級(jí)別的活動(dòng)中，如何按需抽引所需的總線信號(hào)就變得格外重要。

ARINC429總線

ARINC429總線協(xié)議是美國(guó)航空電子工程委員會(huì)（ARINC）提出的，全稱為數(shù)字式信息傳輸系統(tǒng)，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航空電子設(shè)備及有關(guān)系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸要求。ARINC429總線廣泛應(yīng)用在波音、空客及其他商用客機(jī)中。

抽引方案

本文章主要研究RIG平臺(tái)中ARINC429總線的抽引方法。航電RIG一般包含諸多子系統(tǒng)包括飛控系統(tǒng)、飛管系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)等等。每個(gè)子系統(tǒng)由具有不同功能的字（LABLE）和數(shù)據(jù)位（BIT）組成，從RIG中可以得到成百上千的字和數(shù)據(jù)。

圖1給出了抽引方案和步驟，在抽引數(shù)據(jù)之前，首先要判定需要什么數(shù)據(jù)，然后工程人員將所需數(shù)據(jù)從ARINC429測(cè)試板（Patch Panel）中抽引出，再通過(guò)專用電纜，發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最終數(shù)據(jù)由接收器進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成所需的可讀、可用數(shù)據(jù)。文章以航電系統(tǒng)重要的3個(gè)飛機(jī)姿態(tài)參數(shù)俯仰（Pitch）、滾轉(zhuǎn)（Roll）和偏航（Yaw）作為抽引所需數(shù)據(jù)。

圖1 總線抽引方案和步驟

實(shí)施方法

根據(jù)章節(jié)3給出的抽引方案和步驟，給出詳細(xì)的實(shí)施方法。

RIG平臺(tái)和Patch Panel。RIG平臺(tái)和Patch Panel可以提供大多數(shù)在ARINC429總線上傳輸?shù)暮诫姅?shù)據(jù)，所需的3個(gè)航電系統(tǒng)的飛機(jī)姿態(tài)參數(shù)（Pitch、Roll和Yaw）均可以從中得到。

專用連接器、電纜和ARINC429板卡。專用連接器和電纜是專用于采集RIG平臺(tái)中的數(shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)被輸出到計(jì)算機(jī)中，由ARINC429板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。所有的ARINC429數(shù)據(jù)都能夠被處理并轉(zhuǎn)換成可讀、可辨識(shí)的所需參數(shù)。

數(shù)據(jù)發(fā)送。最終，數(shù)據(jù)通過(guò)浮點(diǎn)（float）數(shù)據(jù)的方式被傳輸進(jìn)入Ethernet，工程人員可以從中選擇任何所需數(shù)據(jù)用于各自的項(xiàng)目。

ARINC429數(shù)據(jù)接收器。在完成上述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，可以使用3種不同的方法從Ethernet來(lái)接收這些數(shù)據(jù)——C++（Microsoft Visual Studio），Matlab和Arduino Ethernet Shield控制板。

C++（Microsoft Visual Studio）：首先數(shù)據(jù)以浮點(diǎn)（float）的形式被發(fā)送至Ethernet，在接收到串行數(shù)據(jù)（string data）后，編譯代碼使用逗號(hào)（comma）來(lái)分割（delimiting）每一個(gè)參數(shù)，最后使用緩存器（buffer）在隊(duì)列（array）中選擇并存儲(chǔ)pitch、roll和yaw這3個(gè)參數(shù)，再輸出它們。

Matlab：Matlab和Simulink提供了另一種方式來(lái)讀取可用參數(shù)。首先通過(guò)使用UDP模塊，使得Ethernet中的數(shù)據(jù)可以傳輸并被接收，然后同樣需要分割所捕獲的串行數(shù)據(jù)，并發(fā)送至Arduino接口。最終，輸出3個(gè)飛行姿態(tài)參數(shù)。注意，如果想要持續(xù)不斷地得到ARINC429數(shù)據(jù)，必須仔細(xì)核實(shí)與RIG平臺(tái)連接的計(jì)算機(jī)IP地址，并設(shè)置循環(huán)（loop），不斷重復(fù)串行數(shù)據(jù)分割和數(shù)據(jù)發(fā)送指令。

Arduino Ethernet Shield控制板：Arduino Ethernet Shield是一種較為簡(jiǎn)單的方法，可以直接得到Ethernet中的串行數(shù)據(jù)。建議將其安裝在Mega2560控制板，并通過(guò)電纜與Ethernet連接。在數(shù)據(jù)被接收后，繼續(xù)使用分割串行數(shù)據(jù)的方法來(lái)取得可讀參數(shù)并輸出。

本文給出了從RIG平臺(tái)抽引ARINC429總線數(shù)據(jù)的方法，并以航電系統(tǒng)中重要的3個(gè)飛行姿態(tài)參數(shù)為例子，提供了詳細(xì)的實(shí)施方案與步驟，并推薦了3種不同的接收器設(shè)計(jì)方法。

通過(guò)此項(xiàng)研究，對(duì)基于RIG平臺(tái)的航電系統(tǒng)研制及故障排查，提供了總線數(shù)據(jù)抽引方法，具有一定的參考價(jià)值。

（作者單位：上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院）