機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件設(shè)計

高怡寒，李文衡，李昊昱，李雪源，郭 慶

（航空工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

隨著信息化技術(shù)的全面提升，機載系統(tǒng)集成的復(fù)雜度越來越高，數(shù)據(jù)存儲和管理在航空領(lǐng)域機載設(shè)備之間有著廣泛且重要的作用[1]。在數(shù)據(jù)量巨大和數(shù)據(jù)類型繁多的情況下，數(shù)據(jù)存儲和管理要求高可靠性與高穩(wěn)定性。信息管理系統(tǒng)是某型號國產(chǎn)飛機標配設(shè)備之一，為航電系統(tǒng)、地面支持網(wǎng)絡(luò)以及客艙系統(tǒng)間提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接和管理，也為信息系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間提供必要的網(wǎng)絡(luò)連接和管理[2]。信息管理系統(tǒng)通過與各系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)了飛機參數(shù)的集中采集和存儲。駕駛艙內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集存儲，機載系統(tǒng)數(shù)據(jù)的下載和更新，可以支持飛機的運營與維護，達到空地信息的一體化[3]。文章提出了一種基于信息管理系統(tǒng)的機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件設(shè)計，為方便用戶使用，在可視化的計算機界面上完成初始化配置功能、記錄日志功能、維護管理功能、空地信息維護更新功能以及數(shù)據(jù)導入導出功能。

1 軟件設(shè)計

機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件使用人機接口向操作者（維護人員）提供可視化的機載數(shù)據(jù)存儲與管理服務(wù)，使用文件傳輸?shù)孛娼K端的可視化軟件向操作者提供查看機載存儲數(shù)據(jù)的服務(wù)，也可進行移動存儲介質(zhì)與機載存儲之間的數(shù)據(jù)交換[4]。圍繞此中心業(yè)務(wù)，機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件提供如圖1所示的配置功能、日志功能、BIT支持功能、地面終端文件傳輸支持功能以及數(shù)據(jù)管理支持功能。

圖1 機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件功能示意圖

其中，配置功能實現(xiàn)機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件的可訂制化，將軟件的可定制項寫入配置文件，軟件啟動后讀取配置文件進行初始化。日志功能通過調(diào)用系統(tǒng)提供的日志接口，將運行過程中的重要行為記錄成文，此功能為排故提供支持，也作為軟件行為記錄。BIT支持功能向維護管理服務(wù)周期上報軟件故障和構(gòu)型信息，用于支持IMS維護管理。地面終端文件傳輸支持功能接收地面端的目錄請求消息，并回復(fù)機載目錄信息，為地面終端上駐留的文件傳輸工具提供機載存儲信息。數(shù)據(jù)管理支持功能將機載維護系統(tǒng)的操作指令轉(zhuǎn)達給機載維護系統(tǒng)，包括拷貝導入、拷貝導出以及傳輸導出3類操作指令，并將機載維護系統(tǒng)執(zhí)行指令的結(jié)果返回給機載維護系統(tǒng)，包括拷貝進度和執(zhí)行結(jié)果兩類。此外，數(shù)據(jù)管理支持功能也負責將地面?zhèn)鬏敔顟B(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給機載維護系統(tǒng)，包括待導入、待導出以及當前任務(wù)傳輸進度3個參數(shù)[5]。

2 軟件實現(xiàn)

根據(jù)軟件的邏輯功能架構(gòu)，采用多線程設(shè)計方法，根據(jù)各功能模塊的特點，將軟件的運行架構(gòu)主要分為主控線程、地面終端文件傳輸支持功能線程、BIT支持功能線程以及數(shù)據(jù)管理支持功能線程，具體如圖2所示。其中機載維護系統(tǒng)里的軟件A與軟件B均與機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件有數(shù)據(jù)交互，因此數(shù)據(jù)管理支持功能線程又分為軟件A通信功能線程和軟件B通信功能線程。

圖2 機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件運行架構(gòu)

機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件運行態(tài)架構(gòu)描述如下。其中主控線程最先啟動運行，完成配置文件處理，完成軟件必要的初始化，啟動其他線程，并創(chuàng)建定時器，負責對其他周期線程進行調(diào)度[6]。地面終端文件傳輸支持功能線程由主控線程啟動，為非周期線程。啟動后，首先需要從地面端套接字接口接收網(wǎng)絡(luò)消息，并處理得到完整路徑，進而讀取得到請求路徑目錄信息，將目錄信息發(fā)送給地面端軟件。

BIT支持功能線程由主控線程啟動，為周期線程，調(diào)度周期為6 s。啟動后以0.25 Hz的頻率向BIT軟件周期性上報軟件構(gòu)型信息和配置文件構(gòu)型信息，以1 Hz的頻率向BIT軟件周期性上報軟件故障消息，并且至少3個周期將相關(guān)軟件故障位置“1”。

軟件A通信功能線程由主控線程啟動，為非周期線程。啟動后，該函數(shù)處理機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件接收到軟件A發(fā)送的命令消息后將收到的消息進行解析，判斷接收消息類型具體為任務(wù)狀態(tài)命令、傳輸進度命令還是拷貝進度命令。進一步解析收到的消息，若接收消息類型為拷貝進度命令，則還需進一步判斷具體拷貝進度的類型。判斷命令類型結(jié)束后，根據(jù)對應(yīng)消息類型獲取參數(shù)并計算CRC值構(gòu)建A429消息。最后，將構(gòu)建好的A429消息發(fā)送給軟件B，并發(fā)送機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件當前的狀態(tài)消息給日志代理軟件[7]。

軟件B通信功能線程由主控線程啟動，為非周期線程。啟動后，機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件可向軟件B發(fā)送注冊消息以便通過身份認證，軟件B收到注冊消息后，對消息進行解析和驗證，并向機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件回復(fù)注冊響應(yīng)消息。應(yīng)用注冊成功后，即可向軟件B發(fā)起訂閱，且軟件B回復(fù)訂閱消息[8]。另外向軟件B發(fā)起寫入過程，軟件B向注冊成功的應(yīng)用每隔6 s發(fā)送一個單向心跳包，以便應(yīng)用能夠檢測到軟件B運行正常，并且訂閱相應(yīng)的A429原始數(shù)據(jù)成功后，軟件B會根據(jù)應(yīng)用訂閱時的端口，向此端口發(fā)送訂閱的A429原始數(shù)據(jù)。

3 功能驗證

機載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件在PowerPC P2040處理器的WR Linux操作系統(tǒng)上開發(fā)，并且運行穩(wěn)定可靠，在測試中通過功能驗證。在聯(lián)試中，數(shù)據(jù)加載代理軟件能夠完成配置功能、日志功能、BIT支持功能、地面終端文件傳輸功能以及數(shù)據(jù)管理支持功能。以地面終端文件傳輸功能為例，地面終端文件傳輸能夠成功接收地面端的目錄請求消息，解析并回復(fù)機載目錄信息，文件夾數(shù)量與長度顯示結(jié)果均正確，為地面終端上駐留的文件傳輸工具提供機載存儲信息[9,10]。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計了機載數(shù)據(jù)存儲和管理系統(tǒng)軟件，通過各種應(yīng)用場景模擬，能夠?qū)崿F(xiàn)配置功能、日志功能、BIT支持功能、地面終端文件傳輸支持功能以及數(shù)據(jù)管理支持功能。實現(xiàn)空地信息交互，機載數(shù)據(jù)下載，更新與維護，保證了在各種應(yīng)用場景中完成數(shù)據(jù)存儲與管理的完整性和穩(wěn)定性，對國產(chǎn)飛機的機載信息系統(tǒng)設(shè)計有一定的參考價值。