1553B總線數(shù)據(jù)高效處理技術(shù)研究

常永亮　王霖萱　常馨蓉

1(中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院　陜西 西安 710089) 2(貴州大學(xué)　貴州 貴陽(yáng) 550025) 3(榆林學(xué)院　陜西 榆林 719000)

0　引　言

MIL-STD-1553數(shù)據(jù)總線[1]是美國(guó)軍方專為飛機(jī)上設(shè)備制定的一種信息傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)，也就是設(shè)備間傳輸?shù)膮f(xié)議。由于它具有雙向輸出特性、實(shí)時(shí)性和可靠性高，廣泛應(yīng)用在當(dāng)代的運(yùn)輸機(jī)和相當(dāng)數(shù)量的民航客機(jī)以及軍用飛機(jī)上，航天系統(tǒng)也有廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)代軍用飛機(jī)將武器、雷達(dá)等電子系統(tǒng)通過(guò)總線系統(tǒng)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了飛行控制、智能化地面指揮，使各系統(tǒng)間通信效率增高，修改、擴(kuò)充和維護(hù)簡(jiǎn)便，大幅度提升軍機(jī)的作戰(zhàn)能力。在飛機(jī)試飛領(lǐng)域，主要通過(guò)1553B總線數(shù)據(jù)對(duì)武器、雷達(dá)、飛機(jī)平臺(tái)等電子系統(tǒng)總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確判讀，鑒定各系統(tǒng)性能。在飛行實(shí)驗(yàn)中1553B總線數(shù)據(jù)源于機(jī)載記錄100%1553B總線數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確處理是飛機(jī)定型或后續(xù)排故的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1553B總線數(shù)據(jù)處理在飛機(jī)定型或后續(xù)各電子系統(tǒng)交聯(lián)應(yīng)用期間占據(jù)非常重要的位置，準(zhǔn)確、快速地處理更是提高飛機(jī)各系統(tǒng)定型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前使用的1553B總線數(shù)據(jù)處理程序包括兩大部分：一是接口控制文件ICD(Interface Control Document)管理數(shù)據(jù)庫(kù)ICD_MDb(ICD management database)；二是基于ICD數(shù)據(jù)庫(kù)處理程序。1553B總線數(shù)據(jù)處理流程為：先在機(jī)載記錄盤中卸載相關(guān)1553B總線數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成目前程序要求處理的格式，再按要求處理相關(guān)總線消息(每條消息最長(zhǎng)由32個(gè)字組成，所有的字分為三類:命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字)。目前應(yīng)用的總線處理程序處理每一個(gè)消息都要對(duì)總線數(shù)據(jù)遍歷一遍查找對(duì)應(yīng)的消息。找到后再在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找相應(yīng)消息定義，并按消息中字的定義進(jìn)行解析輸出。處理一個(gè)消息用時(shí)與飛行時(shí)間大體相當(dāng)，處理用時(shí)會(huì)隨消息多少而增減，處理效率較低。

針對(duì)目前1553B總線數(shù)據(jù)處理用時(shí)長(zhǎng)、越來(lái)越不能滿足飛機(jī)試飛中客戶急切的需求。研究新的1553B總線數(shù)據(jù)處理模式，縮短總線處理用時(shí)，提高總線數(shù)據(jù)處理效率已成為必然。本文提出新的處理理念：一是重新設(shè)計(jì)ICD_MDb，減少數(shù)據(jù)庫(kù)檢索層次、次數(shù)；二是基于新ICD_MDb設(shè)計(jì)程序架構(gòu)采用并行處理思路；三是精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)上述思路的實(shí)現(xiàn)，使1553B總線數(shù)據(jù)處理用時(shí)大幅減少，處理消息越多，處理減少倍數(shù)越多，最終達(dá)到高效處理1553B總線數(shù)據(jù)的目的。

1　實(shí)例分析

為了更好地闡述本文所關(guān)注的問題，通過(guò)圖表介紹傳統(tǒng)1553B總線處理技術(shù)的處理效率。在同一處理設(shè)備環(huán)境、飛行時(shí)間、處理時(shí)間下，對(duì)不同個(gè)數(shù)消息處理用時(shí)結(jié)果如表1所示。

表1　1553B總線數(shù)據(jù)不同消息數(shù)處理用時(shí)

通過(guò)表1可以看出，1553B總線消息處理用時(shí)隨著消息個(gè)數(shù)遞增，處理用時(shí)大約會(huì)成倍增加，并且每個(gè)PC只能運(yùn)行一個(gè)處理例程，解析1553B消息總體是串行處理。如果處理多個(gè)1553B消息要對(duì)1553B數(shù)據(jù)進(jìn)行多次搜索消息操作，導(dǎo)致1553B總線數(shù)據(jù)處理用時(shí)多、效率較低。

2　1553B數(shù)據(jù)高效處理關(guān)鍵技術(shù)

2.1　設(shè)計(jì)思路

提高1553B總線數(shù)據(jù)處理效率、減少數(shù)據(jù)處理用時(shí)。關(guān)鍵技術(shù)是將ICD_MDb數(shù)據(jù)庫(kù)中表結(jié)構(gòu)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，從機(jī)載數(shù)據(jù)源卸載到處理數(shù)據(jù)減少人工處理環(huán)節(jié)，減少讀寫數(shù)據(jù)與訪問ICD_MDb次數(shù)，分析消息、字解釋都在內(nèi)存中完成，對(duì)消息、字的處理采用并行處理模式，減少輸出文件。如圖1所示。

圖1　1553B總線數(shù)據(jù)高效處理設(shè)計(jì)思路框圖

2.2　設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.2.1ICD_MDb表設(shè)計(jì)

1553B ICD詳盡描述了武器各電子設(shè)備之間互聯(lián)的接口信號(hào)組成，1553B總線數(shù)據(jù)正確處理關(guān)鍵之一是對(duì)ICD信息合理管理。本著一切從簡(jiǎn)從易的原則，在此選用Microsoft Office Access。Microsoft Office Access是微軟把數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的圖形用戶界面和軟件開發(fā)工具結(jié)合在一起的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。其最大的優(yōu)點(diǎn)是易學(xué)、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，滿足對(duì)ICD信息合理管理的要求。還有一個(gè)好處，能同時(shí)運(yùn)行幾個(gè)程序加載不同或相同ICD_MDb并行處理1553B總線數(shù)據(jù)，并行處理大幅減少數(shù)據(jù)處理時(shí)間，大大提高對(duì)1553B總線數(shù)據(jù)處理效率。傳統(tǒng)處理技術(shù)在同一臺(tái)PC上處理兩個(gè)起落1553B數(shù)據(jù)只能是串行處理模式，現(xiàn)在用新的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以并行處理兩個(gè)起落1553B數(shù)據(jù)而互不影響。ICD_MDb表結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2　ICD_MDb表結(jié)構(gòu)圖

總線消息表：入庫(kù)、編輯1553B ICD消息的管理。

消息中數(shù)據(jù)字表：入庫(kù)、編輯1553B ICD消息中字的解析管理。

處理消息表：要處理消息的增減管理。

消息中命令字表：管理命令字及字地址信息。

2.2.21553B數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1553B數(shù)據(jù)高效處理不但要優(yōu)化、組合處理環(huán)節(jié)，而且對(duì)重要環(huán)節(jié)重新設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)技術(shù)要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換處理才能進(jìn)行1553B消息處理操作。現(xiàn)在，直接對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，取消中間二次轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，這樣一來(lái)，節(jié)約了數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換操作時(shí)間。原始數(shù)據(jù)文件中1553B消息正確搜索，是正確處理的關(guān)鍵，1553B消息搜索算法主要基于以下三種情況：

① BC->RT數(shù)據(jù)傳輸；

② RT->BC數(shù)據(jù)傳輸；

③ RT->RT數(shù)據(jù)傳輸。

1553B數(shù)據(jù)是由命令字、數(shù)據(jù)字、狀態(tài)字組成消息序列，命令字由遠(yuǎn)程終端地址、發(fā)送/接收、子地址、數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)組成。通過(guò)對(duì)命令字、狀態(tài)字解析，在數(shù)據(jù)中查找相應(yīng)的消息，通過(guò)查詢命令字搜索消息，并按要求將數(shù)據(jù)字解析輸出。

ICD_MDb中的消息、字通過(guò)以下3個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作。

(1) 消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義：

typedef struct DBTABLE1{

BOOL 總線類型；

Char* 消息名；

BYTE 發(fā)送終地址；

BOOL 收/發(fā);

BYTE 子地址;

WORD 參數(shù)個(gè)數(shù);

Char* 字集合;

}dbTable1;

(2) 字?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義：

typedef struct DBTABLE2{

BOOL 符號(hào)位；

Char* 字名；

BYTE 操作類型；

double 系數(shù)；

Char* 起始結(jié)束位；

Char* 位說(shuō)明1;

Char* 位說(shuō)明2;

BYTE 備用1；

Char* 備用2；

}dbTable2;

(3) 數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)定義：

typedef struct DIS1553B_DATA_CONFIG{

BusMsg_1553B 1553B文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

dbTable1 表1；

dbTable2 表2；

char* 1553B消息；

}Dis1553B_Data_Config;

通過(guò)以上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將ICD_MDb要處理1553B消息組結(jié)構(gòu)化，三個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)三個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，操作在不影響結(jié)果的情況下更加簡(jiǎn)潔。在數(shù)據(jù)處理前先將要處理的1553B消息組、相關(guān)字解析說(shuō)明一次讀入內(nèi)存，數(shù)據(jù)文件中查找要處理1553B消息時(shí)不用再訪問ICD_MDb中相應(yīng)1553B消息、字等信息，訪問ICD_MDb次數(shù)控制將大大減少1553B數(shù)據(jù)處理時(shí)間。

2.2.31553B數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)設(shè)計(jì)

通過(guò)簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)源操作、ICD_MDb數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)大幅減少1553B總線數(shù)據(jù)處理時(shí)間，再對(duì)數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，讓1553B數(shù)據(jù)處理進(jìn)一步縮短用時(shí)提高數(shù)據(jù)處理效率。在此應(yīng)用了并行處理技術(shù)，并行處理技術(shù)是很成熟的技術(shù)，充分利用系統(tǒng)資源將串行處理轉(zhuǎn)換成并行處理，節(jié)約數(shù)據(jù)處理時(shí)間。

并行處理指操作系統(tǒng)中能同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)或更多個(gè)處理的一種計(jì)算方法。并行處理可同時(shí)工作于同一程序的不同方面。并行處理的主要目的是節(jié)省大型和復(fù)雜問題的解決時(shí)間。將1553B數(shù)據(jù)中將要處理的每個(gè)消息用單獨(dú)的線程處理，有幾個(gè)要處理1553B消息就創(chuàng)建幾個(gè)線程，如圖3所示。

圖3　1553B數(shù)據(jù)消息并行處理框圖

從理論上講1553B數(shù)據(jù)中消息并行處理，在n個(gè)并行處理速度可能會(huì)是串行處理的速度的n倍。如圖4所示。

圖4　1553B數(shù)據(jù)處理流程圖

1553B數(shù)據(jù)處理流程如下：

① 加載正確的1553B原始數(shù)據(jù)，如果加載失敗或沒加載則重新加載；

② 加載正確ICD_MDb數(shù)據(jù)庫(kù)，如果加載失敗或沒加載則重新加載；

③ 加載要處理的1553B消息組；

④ 創(chuàng)建處理1553B消息組線程，每個(gè)處理線程處理一個(gè)1553B消息；

⑤ 創(chuàng)建原始數(shù)據(jù)中搜索相應(yīng)消息、消息中字信息提取、與相應(yīng)消息處理線程進(jìn)行數(shù)據(jù)交互等線程；

⑥ 并行同步處理，主要對(duì)消息搜索、數(shù)據(jù)字解析、結(jié)果輸出的同步處理，如果沒有同步處理會(huì)有數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象；

⑦ 搜索到相應(yīng)1553B消息后對(duì)數(shù)據(jù)字進(jìn)行解析處理，如果沒有1553B消息則輸出文件為空；

⑧ 1553B消息、1553B數(shù)據(jù)字處理結(jié)果輸出。

3　1553B數(shù)據(jù)高效處理技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

新技術(shù)通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用才能得到驗(yàn)證，用新1553B數(shù)據(jù)消息處理技術(shù)與傳統(tǒng)1553B數(shù)據(jù)消息處理技術(shù)對(duì)同一架次1553B總線數(shù)據(jù)處理用時(shí)進(jìn)行比較。

處理?xiàng)l件：

① 數(shù)據(jù)記錄時(shí)間200分鐘；

② 處理相同的1553B消息；

③ 全程進(jìn)行1553B消息分析，輸出結(jié)果；

④ 比較用時(shí)。

表2是兩種技術(shù)處理不同消息數(shù)的用時(shí)比較。

表2　兩種技術(shù)處理不同消息數(shù)用時(shí)

通過(guò)處理用時(shí)可以看出，新技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)處理用時(shí)大幅減少，新技術(shù)結(jié)果輸出文件只有兩個(gè)。一個(gè)是消息、字解析文件，通過(guò)此文件可直觀查看結(jié)果。另一個(gè)是消息中數(shù)據(jù)字十六進(jìn)制全部輸出文件，通過(guò)此文件與相應(yīng)1553B ICD中消息、字說(shuō)明可方便查比輸出結(jié)果是否準(zhǔn)確。

4　結(jié)　語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)1553B總線數(shù)據(jù)處理方法用時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，提出新的1553B總線數(shù)據(jù)處理技術(shù)。新的技術(shù)針對(duì)ICD管理數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)源選用、查詢數(shù)據(jù)源消息方法、消息及字解析等進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，總體將傳統(tǒng)串行處理技術(shù)改為并行處理技術(shù)。使1553B總線數(shù)據(jù)處理用時(shí)大幅減少，提高數(shù)據(jù)處理效率。經(jīng)一段時(shí)間對(duì)飛行數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，高效數(shù)據(jù)技術(shù)用時(shí)短，結(jié)果準(zhǔn)確，ICD_MDb簡(jiǎn)潔方便。本文提出的1553B總線數(shù)據(jù)高效處理思路及方法，可應(yīng)用到其他領(lǐng)域1553B數(shù)據(jù)處理，也可對(duì)其他較復(fù)雜數(shù)據(jù)處理具有一定借鑒與參考意義。

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