基于PowerPC架構VxWorks平臺的RDC仿真器設計

王凱 崔海青 李伯寧

摘 ?要： 航空電子系統是民航客機的重要組成部分，遠程數據集中器對航電系統數據的處理和轉發起到至關重要的作用。文中設計的遠程數據集中器基于PowerPC架構VxWorks平臺，通過編寫程序和配置板級支持包，完成遠程數據集中器的設計。主要功能是對航電系統中的AFDX總線數據、ARINC429總線數據和離散量實現相互轉換。首先，對VxWorks系統、MPC8270硬件平臺和航空總線數據進行研究;其次，搭建遠程數據集中器設計框架，并進行模塊化設計與實現;最后，對設計的遠程數據集中器進行測試，完成預期功能。

關鍵詞： 航空電子系統; 遠程數據集中器; VxWorks; PowerPC; 板級支持包; 總線數據

中圖分類號： TN919?34; TP391.9; V243.1 ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）12?0090?04

Abstract： The avionics system is an important constituent part of the civil aviation passenger aircraft， and the remote data concentrator plays a crucial role in data processing and forwarding of the avionics system. Therefore， a remote data concentrator based on the PowerPC architecture and VxWorks platform is designed in this paper. The design of the remote data concentrator is completed by compiling the program and configuring the board?level support package. The main function of the remote data concentrator is to realize mutual conversions among AFDX bus data， ARINC429 bus data and discrete quantity of the avionics system. The VxWorks system， MPC8270 hardware platform and aviation bus data are studied. The design framework of the remote data concentrator is built， so as to conduct the modular design and implementation of the remote data concentrator. The designed remote data concentrator is tested to complete the intended functions.

Keywords： avionics system; remote data concentrator; VxWorks; PowerPC; board?level support packet; bus data

0 ?引 ?言

現代航空器中的數據傳輸需要滿足快速、有效的特性。在航空電子系統中，數據總線負責各個系統之間的數據傳輸。傳輸的數據主要包括AFDX總線數據、ARINC429總線數據、CAN總線數據和離散量數據，機載遠程數據集中器（Remote Data Concentrator）的主要功能是完成多種數據的轉換，并保證數據傳輸的實時性和準確性[1]。基于這樣的背景，本文設計一個簡易的遠程數據集中器，主要實現AFDX總線數據[2]、ARINC429總線數據和高低電平形式的離散量數據的相互轉換[3]。本文主要研究內容包括實現ARINC429總線數據與AFDX總線數據的相互轉換;實現AFDX總線數據與離散量數據的相互轉換。

1 ?RDC的設計

1.1 ?RDC介紹

遠程數據集中器，通常作為飛機上的大多數航空電子設備的“中樞神經系統”，負責航空電子設備的相互交聯。在現代民航客機上，航空電子系統中主干數據網絡一般使用AFDX總線，而各個子系統中仍然使用ARINC429總線、離散信號和CAN總線。RDC的主要功能是完成AFDX與其他總線之間的數據轉換[4]。RDC的功能圖如圖1所示。

圖1 ?RDC的功能圖

遠程數據集中器一方面通過AFDX總線連入主干網絡，各個RDC通過AFDX交換機進行通信;另一方面，RDC通過ARINC429總線與各個航線可更換組件連接[5]。因此，RDC應具備以下功能：

1） 數據處理功能。RDC是AFDX總線和ARINC429總線數據相互轉換的中轉站，所以RDC應能夠實現兩種總線數據協議的相互轉換。

2） 硬件接口。RDC必須具備符合航空規范的ARINC429總線接口和AFDX總線接口，為兩種數據的輸入提供必要的硬件支持。

3） 網關功能。RDC在多種總線數據中起到網關的作用，能夠進行數據通信協議的轉換[5]。

本文設計的RDC以完成ARINC429數據及離散量數據與航空電子設備全雙工交換以太網（AFDX）信息之間的相互轉換，支持16路ARINC429數據的收發以及64路離散量的輸入、輸出[6]。

1.2 ?RDC設計框架

RDC整體框架如圖2所示，其中板卡初始化檢測、自檢和數據轉換均由Wind River Workbench編程實現，編譯成功后下載至MPC8270硬件平臺，該硬件平臺為RDC提供網線接口、DP78接口和SCSI68接口，為AFDX和ARINC429板卡提供驅動、收發測試和自檢，同時能夠支持離散量的輸入/輸出。

圖2 ?RDC設計框架

圖3 ?RDC啟動流程

1.2.1 ?RDC啟動準備工作

1） 讀取相關配置文件。PowerPC開始工作前，需要對組件進行上電，讀取與組件的相關配置文件，保證主板能夠正常工作[7]。配置的主要內容包括：ARINC429總線數據的收發使能、AFDX總線數據的收發使能、離散量的收發使能、數據轉換使能和規定系統周期等[8]。

2） 組件的檢測與初始化。對ARINC429和AFDX板卡進行檢測與初始化，如果某一板卡無法工作，將顯示該板卡失效。

3） 開啟數據通道。RDC的數據通道如圖4所示，其中包括ARINC429總線與AFDX總線的數據收發通道、AFDX總線與離散量的收發通道，在RDC工作前要對這些通道進行開啟，確保數據的暢通。

圖4 ?RDC的數據通道

1.2.2 ?RDC的數據轉換

1） AFDX到ARINC429數據轉換

AFDX到ARINC429數據轉換部分的主要功能是將RDC收到來自AFDX板卡的AFDX數據幀轉換為符合ARINC429協議的數據幀，然后輸出給航線可更換組件 [9]，數據轉換的結構如圖5所示。

圖5 ?AFDX數據轉換為ARINC429數據

AFDX到ARINC429數據轉換部分采用模塊化設計，可劃分為以下模塊：

AFDX數據接收模塊。用于接收AFDX數據幀，判斷接收到的數據幀是否完整，然后對接收到的AFDX數據進行解碼，得到數據的IP、對應的航空電子信息等內容，存儲到數據緩沖模塊。

AFDX數據緩沖模塊。存儲AFDX數據解碼的相關信息，把數據編碼成符合ARINC429協議的數據幀，同時為數據分配發送的通道。

ARINC429數據發送模塊。確定發送速率、發送模式等信息，把編碼完成的ARINC429數據幀按照對應通道發送至航線可更換組件。

2） ARINC429到AFDX數據轉換

ARINC429到AFDX數據轉換部分的主要功能是將RDC收到的ARINC429數據幀轉換為符合AFDX總線協議的數據幀，然后輸出至航空電子仿真系統，每個ARINC429數據幀對應一個AFDX數據幀。數據轉換的結構如圖6所示。

圖6 ?ARINC429數據轉換為AFDX數據

ARINC429到AFDX數據轉換部分可劃分為以下模塊：

ARINC429數據接收模塊。用于接收ARINC429數據幀，判斷接收到的數據幀是否完整，然后對接收到的ARINC429數據進行解碼，得到數據、源/目的識別碼等信息，存儲到數據緩沖模塊。

ARINC429數據緩沖模塊。存儲ARINC429數據解碼得到的相關信息，然后對數據進行編碼，封裝成符合AFDX總線協議的數據幀，同時為數據分配發送通道。

AFDX數據發送模塊：確定發送速率、發送模式等信息，把編碼完成的符合AFDX總線協議的數據幀按照對應通道發送至航空電子仿真系統。

3） AFDX數據與離散量的轉換

AFDX數據轉換為高低電平形式的離散量，是將數字形式的十六進制AFDX數據幀轉換為高低電平，每4個電平對應AFDX數據的一個字節。

1.2.3 ?板級支持包（BSP）的配置