基于ARINC 665-4標準的航電系統LSAP頭文件構建方法研究

摘 要：聚焦于航空電子系統中可加載軟件飛機部件（LSAP）的相關內容，圍繞ARINC 665-4標準展開研究。首先，介紹航空電子系統發展概況及LSAP的組成情況，指出其由頭文件、數據文件和支持文件構成，且頭文件構建需嚴格遵循標準定義；其次，詳細闡述LSAP頭文件的結構，包括所涵蓋的諸多描述信息及各字段情況；在此基礎上，針對LSAP頭文件構建提出一種方法，即通過設計JSON格式配置文件記錄所需信息，并利用轉換工具將其轉換為二進制LSAP頭文件，還分別對配置文件的可配置要素及其約束、轉換工具的過程設計以及不同類型字段的填充方式等進行了深入探討，旨在為航空軟件加載過程中LSAP頭文件的構建提供有效的思路與方法。

關鍵詞：ARINC 665-4標準；可加載軟件飛機部件；LSAP頭文件；配置文件；轉換工具

中圖分類號：V243.1" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0064-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.016

0" " 引言

在航空電子技術迅猛發展的歷程中，航電系統作為飛機運行的關鍵神經中樞，其重要性不言而喻。概括地說，航電系統從發展歷程上共經歷了分布式航電系統、聯合式航電系統及綜合模塊化航電系統等多個發展階段，可以說呈現出越來越復雜的趨勢[1]。傳統航空軟件加載過程中，不同供應商的二進制可加載文件缺乏統一規范，而ARINC標準的出現為航空電子設備互操作性的實現提供了堅實框架。其中，ARINC REPORT 665-4標準聚焦于可加載軟件飛機部件（LSAP）管理，其對LSAP的內容、分類和組織方式進行了明確界定。將LSAP加載至目標機的過程，是通過AFDX總線以發送消息的形式將LSAP加載至目標機[2]。在這之中，LSAP頭文件的構建尤為關鍵，它猶如一把鑰匙，關乎著整個軟件加載流程的精準性與安全性。因此，深入探究ARINC 665-4標準下LSAP頭文件構建方法，剖析其重要性，探索其應用領域，對于推動航電系統軟件管理技術進步、保障飛機飛行安全以及提升航空電子領域的整體效能具有極為重要的理論與現實意義。

1" " LSAP組成

根據ARINC 665-4標準協議，一個LSAP由一個頭文件、一個或多個數據文件構成，同時，根據需要LSAP也可以包含一個或多個支持文件作為輔助定義[3]。ARINC 665-4標準對LSAP中頭文件擴展名進行了定義，即“.LUH”，數據文件和支持文件的擴展名由用戶自行定義，可以命名為ARINC 665-4標準3.2.2章節所定義的保留擴展名列表以外的任何擴展名，但對于數據文件的擴展名，ARINC 665-4標準強烈建議定義為“.LUP”，實際工程中也存在不同擴展名格式的數據文件，常見的數據文件擴展格式有“.BIN”和“.DAT”等[4]。一個LSAP的構成如圖1所示。

LSAP頭文件主要由數據加載端在數據加載操作期間使用，但用戶也會使用頭文件進行支持文件的定位[5]。根據ARINC 665-4標準協議，LSAP中的數據文件和支持文件，其內容和格式完全由可加載軟件部件供應商自行定義，ARINC 665-4標準對數據文件和支持文件內容的唯一限制是其內容應包含整數倍的字節（Byte）數。對于LSAP頭文件，ARINC 665-4標準詳細規定了其內容、包含的要素及格式，頭文件的構建必須嚴格按照ARINC 665-4標準的定義進行。下文將闡述頭文件的內容和格式，并進一步討論頭文件的構建方法和過程。

2" " LSAP頭文件結構

一個LSAP中的LSAP頭文件提供了該可加載軟件部件的描述信息，包括部件號、加載類型、硬件標志、該LSAP包含的數據文件和支持文件的索引以及文件完整性檢查值等。ARINC 615A數據加載工具通過讀取LSAP頭文件中的信息，將指定的可加載部件加載到對應的目標硬件內存中。LSAP頭文件內容和格式定義如表1所示，其中各個字段的占位大小、是否為可選字段等詳細信息參見ARINC 665-4標準第2.2.3.1章節。

3" " LSAP頭文件構建方法

根據第2節介紹的LSAP頭文件內容和結構定義，可以看到LSAP頭文件是一種二進制格式的文件，各個字段的占位不盡相同，有的字段是固定占位，有的則為變長占位。由于飛機可加載軟件部件種類繁多，數量龐大，且可配置數據多，因此用手寫的方式來構建LSAP頭文件完全不具備可行性。本文提出一種生成LSAP頭文件的方法，即通過設計一種JSON格式的配置文件，記錄生成LSAP頭文件所需的信息；再實現一種轉換工具，將配置文件轉換為二進制LSAP頭文件。構建過程如圖2所示。

3.1" " 配置文件

配置文件可理解為一種模型，以便管理和持久化。用來描述配置文件模型的語法應該是一個被廣泛接受的標準，使用標準化的格式可以減少誤解和溝通成本，使得不同開發者和工具能夠更容易地理解和使用數據結構。本文采用JSON[6]格式的配置文件，它有足夠的靈活性和可擴展性，同時容易實現驗證。

針對LSAP頭文件的字段及其意義，配置文件應具備LSAP頭文件部件號、硬件識別碼、加載類型識別碼、數據文件、支持文件和檢查值類型等屬性可供用戶配置。在配置文件中，應該有必需要素，同時也支持可選要素。配置文件應該支持的必需可配置要素有加載文件格式版本、部件標記、加載項部件號、加載類型識別碼、硬件標識碼和數據文件列表。配置文件應該支持的可選可配置要素有加載項檢查值類型、加載類型描述、供應商部件號、用戶自定義數據、帶有位置信息的硬件識別碼和支持文件列表。具體的可配置要素及其約束如下：

1）加載項檢查值類型。本要素為可選要素，類型為十進制整數枚舉，取值范圍是3～8。其中3代表32-bit CRC，4代表MD5，5代表SHA1，6代表SHA-256，7代表SHA-512，8代表64-bit CRC。

2）加載文件格式版本。本要素為必需要素，類型為十六進制整數枚舉，取值如下：0x8004代表加載文件，0x9004代表批處理文件，0xA004代表媒體文件。

3）部件標記。本要素為必需要素，類型為十六進制整數枚舉，取值范圍如下：0x0代表上傳、0x1代表下載。

4）加載項部件號。本要素為必需要素，類型為字符串，需要符合MMMCC-SSSS-SSSS模式。

5）加載類型識別碼。本要素為可選要素，類型為十六進制整數，取值最大4位十六進制數0xFFFF。

6）加載類型描述。本要素為可選要素，類型為字符串，對于特定的加載類型識別碼，其加載類型描述必須是唯一的。

7）供應商部件號。本要素為可選要素，類型為字符串，需要符合MMMCC-SSSS-SSSS模式。

8）用戶自定義數據。本要素為可選要素，可以是用戶自定義數據文件路徑，也可以是數據本身。

9）數據文件列表。本要素為必需要素，為JSON數組類型，每個數組元素應包含文件部件號、文件檢查值類型（可選）和文件名。

10）硬件識別碼。本要素為可選要素，為字符串數組類型。

11）帶有位置信息的硬件識別碼。本要素為可選要素，為JSON數組類型，每個數組元素應包含硬件識別碼和位置列表，位置列表為JSON字符串數組。需要注意的是，這里的硬件識別碼必須已經在硬件識別碼要素中被定義。

12）支持文件列表。本要素為可選要素，為JSON數組類型，每個數組元素應包含支持文件部件號、支持文件檢查值類型和支持文件名。

關于部件號需要符合MMMCC-SSSS-SSSS模式的要求，源于ARINC 665-4標準對于部件號的要求和建議。加載到航電系統模塊上的所有LSAP都應具有唯一的標識號，LSAP是以部件號（Part Number，PN）進行唯一標識的，每個LSAP只能定義唯一的PN號。主機單位和供應商應就PN號的定義達成一致[7]。PN號通常由專用的工具生成，此處需要指出的是，在LSAP加載到目標機的過程中，ARINC 615A數據加載客戶端讀取頭文件各個字段內容，以便將指定的數據文件加載到目標硬件內存中[8]。LSAP在執行ARINC 615A加載過程時，ARINC 615A加載器通常不執行PN號的規則檢查（例如分隔符的存在與放置、使用的字符和其他格式變化等），是為了滿足更大程度的加載靈活性和兼容性[9]。

3.2" " 轉換工具

轉換工具負責將配置文件中的要素信息轉換為LSAP頭文件內容，主要包括配置文件讀取、配置文件檢查和LSAP頭文件字段填充三個步驟。將配置文件設計為JSON格式是充分考慮到其易讀取、易解析和易檢查的特性，對于轉換工具的實現非常友好。配置文件的讀取和檢查可以使用現有開源庫方便地實現，檢查可以使用JSON Schema[10]的機制實現，檢測到配置文件的要素不符合定義要求或約束時，可以報告信息以便用戶對配置文件排故。

二進制LSAP頭文件中的所有字段可分為絕對指針、相對指針、數量、長度、完整性校驗值等幾種類型。

1）絕對指針的字段有指向加載項部件號長度的指針和指向目標硬件識別碼數量的指針等。這些指針字段在LSAP頭文件中靠近起始位置，總共有8個，其意為從LSAP頭文件起始位置到對應字段的偏移量，偏移量的單位是16-bit。

2）相對指針字段有數據文件指針和支持文件指針等。這類指針在文件列表字段中，其意為在LSAP頭文件中從當前位置到循環組中下一個該指針字段的偏移量，同樣偏移量的單位為16-bit。

3）數量類型的字段有目標硬件識別碼數量、支持文件數量和數據文件數量等。這類字段值的填充需要工具能夠提取配置文件中對應數組類型的要素，計算數組中包含元素的數量。

4）長度類型的字段有加載項部件號長度、加載項類型描述長度和數據文件名長度等。這類字段值的填充需要轉換工具能夠計算配置文件中相應要素取值的長度，例如加載項部件號長度是指加載項部件號所包含的字符數量。

5）完整性校驗值類型的字段有數據文件CRC、數據文件檢查值和加載項CRC等。這類字段需要工具根據通用的CRC計算方法、MD5計算方法和SHA計算方法等，對ARINC 665-4標準定義的各字段計算范圍進行校驗值計算。

除了以上指針、數量和長度類型這些需要額外計算的字段外，其余字段的填充，轉換工具均可讀取配置文件中對應要素的值再直接填入。

4" " 結束語

本研究圍繞基于ARINC 665-4標準的航電系統LSAP頭文件構建方法展開深入探討，通過詳細剖析LSAP的組成結構，明確頭文件在其中的關鍵地位與嚴格的規范要求，進而創新性地提出借助JSON格式配置文件與轉換工具來構建頭文件的方法。這一方法在理論層面為航電系統軟件加載環節中LSAP頭文件的精準構建提供了堅實的依據，有望提升相關開發與維護工作的效率與準確性。然而，在實際應用場景中仍可能面臨諸如不同航電設備兼容性差異、大規模數據處理時轉換工具性能瓶頸等挑戰。未來研究可聚焦于進一步優化配置文件的靈活性與擴展性，增強轉換工具的穩定性與效率，同時持續關注ARINC標準的更新與行業發展動態，以確保本研究成果能更好地適應不斷變化的航電系統需求，為航空電子領域的技術進步貢獻更多力量。

[參考文獻]

[1] Integrated modular avionics（IMA） development guidance and certification considerations：RTCA DO-297[S].

[2] Software data loader using ethernet interfaces：ARINC 615A[S].

[3] Loadable software standards： ARINC 665-4[S].

[4] 楊軍祥，田澤，湛文韜，等.新一代分布式IMA核心系統技術研究[J].微電子學與計算機，2019，36（12）：36-41.

[5] 王明，龍慊，解文濤，等.下一代IMA架構機載系統綜合化關鍵技術研究[J].信息通信，2016（12）：74-75.

[6] JSON Docs[EB/OL].（2024-02-10）[2024-12-21].https：//

www.json.org/.

[7] 高凌嵐，杜曉鵬.綜合模塊化航電（IMA）系統設計方法研究[J].科技創新導報，2015，12（34）：21-22.

[8] 荊浩，唐園園，石杰.基于ARINC665-3標準的航電系統LSAP打包加載過程研究[J].電腦編程技巧與維護，2024（1）：24-26.

[9] 張國全，孫曉敏.基于IMA平臺的航空電子系統綜合研究[C]//2010“航空電子系統綜合技術/火力控制技術”學術會議論文集，2010：18-22.

[10] JSON Schema Docs[EB/OL].（2024-02-10）[2024-12-21].https：//json-schema.org/.

收稿日期：2025-01-08

作者簡介：武娟（1988—），女，內蒙古呼和浩特人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：多媒體、航電系統、嵌入式軟件。