直升机发射控制电路监控方法设计

2015-12-23 05:21李海军,牟俊杰,周迎等

兵器装备工程学报 2015年1期

【装备理论与装备技术】

直升机发射控制电路监控方法设计

李海军1，牟俊杰1，周迎2，陈育良1

(1:海军航空工程学院兵器科学与技术系，山东烟台264001； 2. 91286部队装备部，山东青岛266021)

摘要：直升机发射控制电路用于管理和控制飞机所携带的各种武器，其通过1553B总线给导弹装订发射诸元并下达投放允许命令；总线信号实时性强、交联关系复杂，给飞机的测试带来较大难度，因此有必要对发控电路的总线系统进行研究，以完善发控电路测试方法；基于多线程、中断服务和DMA方式，提出了总线监视数据与信号波形比对相结合，通过对GJB1188A的分析，在接口控制文件未知的情况下反求信号的意义，为直升机发控电路的检查奠定基础。

关键词：发控电路；1553B总线；数据反求；信号比对

收稿日期：2014-06-27

作者简介：李海军(1965—),男，博士，教授，主要从事武器系统测试与健康管理方面的研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.01.002

中图分类号：TP29

文章编号：1006-0707(2015)01-0004-0f4

本文引用格式：李海军，牟俊杰，周迎，等.直升机发射控制电路监控方法设计[J].四川兵工学报，2015(1):4-7.

Citation format:LI Hai-jun, MOU Jun-jie, ZHOU Ying, et al.Supervisory Method Design of Helicopter Emission Control Circuit[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(1):4-7.

Supervisory Method Design of Helicopter Emission Control Circuit

LI Hai-jun1, MOU Jun-jie1, ZHOU Ying2, CHEN Yu-liang1

(1.Department of Armament Science and Technology,

Naval Aeronautical Engineering Academy, Yantai 264001, China;

2.Armament Department, the 91286th Troop of PLA, Qingdao 266021,China)

Abstract:The helicopter launch control circuit is used to manage and control the various weapons that the plane carried. It is used to transmit the launch data and the command of throwing permitting by 1553B bus. The real-time character of bus signal is strong, and the cross linking relation is complicated, which brings a great degree of difficulty to the aero test. Therefore it is necessary to study the bus system of the launch control circuit to make the circuit test method perfect. The combination and comparison of the bus monitor data with the signal waveform were put forward based on the technology of multithread, interrupt and DMA to establish the foundation for the test of the helicopter launch control circuit through the analysis of GJB1188A and the data’s meaning in the condition of unknowing interface control document.

Key words: launch control circuit; 1553B bus; data reserve; signal contrast

现代飞机航空电子系统功能极其复杂，航空总线技术以其结构简单、传输速度快、误码率低的特点成为连接机载设备的关键技术，是数据交换的纽带。航空总线关系到机载设备间正常通讯的进行，并且在飞机的导航、操纵、控制、作战和信息处理等任务中其辅助作用。在对航空总线系统进行测试时，需要了解接口控制文件(ICD)对信号的定义[1]，但是接口控制文件密级很高，生产厂商有时需要保密，这极大制约了航空总线设备的监测与诊断。针对直升机发控电路检查时遇到的总线检测问题，设计了直升机发控电路总线监控方法，以总线监视与波形显示相结合的方式，根据GJB1188A的理论基础，对比分析总线数据的定义，得到所需的接口控制文件。

1总体方案设计

发控电路总线监控首先需要采集并记录发控电路检测过程中总线上传递的各种信号，继而对这些数据进行信息融合。通过对比仿真终端监视到的总线数据与信号记录仪采集到的波形，分析判断是否出现失真、丢包、延迟和数据跳变等错误现象[2]，验证采集到的数据的可靠性、精确性，准确地判断信号的完整度，防止误码、丢码。在保证数据准确的前提下，分析信号的定义才有意义,因此监控系统应具有如下功能：

总线监视功能，监控系统作为接口设备，应按GJB289A的规定接收并解码直升机中总线控制器发送的命令字[3]，按照指令的要求对命令字做出回应。监控系统通过奇偶校验确保传递信号的正确性，并按照配置对发控电路传输的任意数据块和数据字进行监控。

数据回放功能，利用ActiveX技术在LabWindows/CVI平台中访问Excel，按规定格式实时存储采集到的总线数据，用户可以通过访问Excel回顾以往的数据通信过程,也可以按需要选择一定时间范围内的数据，检索、分析数据信息。

信号采集、波形显示功能，利用数据采集卡设计信号波形记录仪，将目标信号实时采集记录，存入工控机中。针对信号经过总线接口的数据采集卡后，波形会发生一定偏斜的问题，本文设计了波形处理逻辑，完成数据的可靠传输。采用同步绘制信号波形的方法实现实时观察信号特征，并将信号所表示的曼彻斯特码存入比对数组中。

比对分析功能，先将仿真终端采集到的数据与信号记录仪采集到的波形信号进行比对，直观地观察数据是否完整，继而将两种数据按照比对规则在比对数组中，结合GJB1188A进行分析，将接收到的有关数据从编码形式转换成相应的物理量或功能定义，为发控电路的检查奠定基础。

2硬件设计

监控系统的显示控制和数据处理采用便携式工控机，采用具有总线监视功能的1553B接口卡监视总线数据，通过波形记录仪对总线信号的波形进行采集分析，此种设计保证了监控系统的便携性和功能可扩展性，其结构组成如图1所示。

图1　硬件系统组成框图

2.1显示控制模块

便携式工控机是系统处理、控制的中心，为保证系统的通用性和可扩展性，选用研华IPC-610H工控机，该工控机具有体积小、数据处理速度高、硬盘空间大等特点，具有3个PCI插槽，保证了1553B总线接口卡的安装和系统的功能扩展。

2.2数据采集模块

2.3总线监控模块

1553B总线协议是一个非常复杂的通信系统协议，为了完成对总线的监测首先须实现工控机与总线网络的通信，故采用了Excalibur公司生产的M4K1553MCH接口卡，该卡能仿真模拟多种功能，提供源代码级API函数，提供了系统与计算机间的接口，支持在LabWindows/CVI环境下对其进行编程，方便了用户的后续功能开发。

3软件设计

3.1软件功能

根据系统的功能需求和硬件系统的配置，软件部分主要完成3个部分的内容：数据监控、信号比对、数据分析。经综合考虑，通过多线程和中断服务相结合的方式实现上述功能。其中中断服务用来完成读取总线接口卡数据缓冲区的内容，以实现数据监控的完整性、实时性。以LabWindows/CVI作为系统软件的开发平台，软件系统的结构如图2所示。

图2　系统软件结构

3.2关键技术

3.2.1多线程技术

Windows系统在工作时将CPU资源分成若干个小的时间片，按系统内部进程与线程不同的优先级进行分配[4]。尽管系统内部是分时工作的，但是用户感觉到的是多任务同时进行。系统内的各个进程均在各自的时间片内工作，因此不会产生时间冲突。系统选用LabWindows/CVI作为软件开发平台，它针对不同特性的任务提供了两种多线程实现方案：线程池技术适用于任务时间不连续；异步定时器技术适用于周期性处理多项任务。为了满足系统实时性、多任务的需求，采用线程池技术，主要线程有用户界面、数据监控、信号采集、信号比对和数据处理等。

调用LabWindows/CVI函数库中的CmtScheduleThreadPoolFunction函数，将任务函数的函数名赋值给它，然后系统根据线程池的设置和当前属性分配一个线程用于处理此函数。在此过程中，系统或者新建一个线程，或者直接分配空闲线程，或者某等待活动线程空闲。

3.2.2中断服务

中断技术是解决实时性较好的办法，即当1553B接口卡的存储区储满时，产生消息中断，将存储区中的750条消息存储到内存中。但是Windows系统对中断服务不完全开放，因此需利用Windows系统的多线程机制结合1553B接口卡的可拓展性，实现1553B总线通信的中断服务[5]。

在初始化程序中构建了一个循环的中断历史列表。中断历史列表第一个字是中断状态字，这个十六位的字包含关于中断事件的信息；第二个字指明了产生中断的方式命令或子地址的描述块地址；第三个字存储了下一个中断记录条目的RAM地址。当中断产生时，1553B接口卡向RAM中写入中断历史列表的第一、第二个字，同时读取第三个字作为下一个中断记录的写入地址。本设计中，中断处理程序完成了中断历史列表的处理及指针更新；完成了消息的定位；标记了消息状态；进行了新数据标志的更新等功能。为了保证传输的数据不丢失，所以将中断历史列表设计成了一个循环链表。

3.2.3DMA存储方式

DMA即直接存储器访问， DMA技术使需要传输的数据可以直接从适配卡到内存，不需要CPU的参与，因此极大地降低了CPU的负担，提高了系统的实时性。编制程序并存储在适配器的ROM上，令适配器提前处理需要传输的数据并设置DMA功能的参数，如通道属性、数据个数、存储空间以及地址变化方式等，这些参数将被送到工控机上的DMA控制器,通过DMA控制器来实现对DMA传输的控制。数据传输始于控制器完成初始化，继而就可以跳过CPU，独立完成传输。

3.2.4ActiveX技术

ActiveX是一种软件组件，在编制软件的过程中用它来将不同功能的现有软件嵌入软件系统中，实现多个应用程序的组合，或者同一软件中不同功能的切换[6]。LabWindows/CVI通过对ActiveX的调用，实现将监控系统所监控到的数据转移到Excel中，依靠Excel数据处理功能对数据进行分析，降低了工作难度。在LabWindows/CVI中实现Excel功能的方法如下：

ExcelRpt_ApplicationNew (0,&appHandle);

ExcelRpt_WorkbookNew(appHandle,&bookHandle);

ExcelRpt_WorksheetNew(bookHandle,1,&sheetHandle);

3.2.5数据比对

监控系统得到的数据信息量非常庞大，为了确保数据的完整性，并且准确分析出信号的定义，需要从海量数据中对总线数据和信号波形进行匹配，快速提取有效数据[7]。监控系统得到的总线数据已经以Excel表格的格式进行存储，需要对这些数据进行筛选，再将筛选出的数据与信号记录仪采集到的信号写入比对数组，结合GJB1188A设置比对规则，然后存储比对后的结果。

3.3软件流程图

系统软件流程如图3所示。