嵌入式采集器在它机试飞中的应用

摘 要 嵌入式采集器在机载设备它机鉴定试飞试验中应用越来越广泛，本文以Ballard公司的航空总线采集器为研究对象，设计了惯导仿真系统和被试设备仿真系统，并以惯导仿真系统为数据源、被试设备仿真系统为接收终端对采集器器的采集转发和采集记录功能进行了测试，并在多型机载设备鉴定它机试飞中应用，能够完成机载设备试飞数据采集记录与转发。

【关键词】嵌入式采集器 它机试飞 应用

1 引言

在机载设备它机试飞项目中，经常存在ARINC429（以下简称429）总线数据的采集、转发、记录等需求，目前采用工控机中配置429总线采集板卡的模式实现，该方法可以满足它机试飞项目429总线的测试需求，并在它机试飞项目中发挥了重要的作用。然而，基于Windows操作系统的数据采集系统在实时性和可靠性方面的优势不明显。随着电子技术的飞速发展，嵌入式、小型化、便携式实时航空总线采集系统在造价、功耗、实时性等方面显现出了巨大的优势，并逐步成为数据采集的主流发展趋势。

2 硬件平台简介

硬件平台为Ballard公司的航空总线采集器，是一种小型化、轻量型、具有标准内部接口和多种航空总线接口的嵌入式计算机系统。该嵌入式采集器的核心是可编程的PowerPC处理器，用于控制多种标准接口如：串口、以太网、429总线等。操作系统为Linux 系统，具备对429总线数据的转发，独立控制，数据记录等功能，还提供了串口，CF卡，航空开关量和同步IRIG-B时钟等资源，具备4个429总线接收通道和2个429总线发送通道。

3 研究思路

目前，它机试飞项目关于429总线的测试需求主要是数据的采集记录和采集转发两方面。采集转发功能主要是将接收到的总线数据按要求协议打包通过RS422总线发送给被试设备，典型的应用模式如图1所示；采集记录功能就是读取被试设备发送的数据和时统数据，并将获取的数据按照一定格式进行记录，按照被试设备ICD文件进行解码形成数据文件，根据数据分析结论对被试设备进行评价，典型应用模式如图2所示。

要实现采集记录和采集转发功能，需要构建采集转发和采集记录的工作环境，因此搭建全数字的仿真系统是进行应用验证的前提。本项目在采集转发功能实现过程中，仿真了惯导数据，并将惯导数据通过429总线发送给采集设备，经打包处理后经RS422总线送至被试设备，设备可以用串口调试器替代，为了使整个过程更直观，同时对被试设备也进行了仿真。在采集记录功能实现过程中，仍然利用惯导设备仿真器作为数据源。

图1：采集转发功能

4 仿真模拟系统设计

4.1 惯性导航系统仿真系统设计

惯性导航模拟器的作用就是仿真动态或静态数据源。该仿真系统采用研华工控机配置429总线采集板卡实现，实现界面如图3所示。该模拟器具备三种模式，分别为系统自测试模式、发送模式、接收模式。在系统自测试模式中，可通过连接任意两个板卡通道并设置为发送和接收，即可完成对板卡发送和接收功能的自测试。当该模拟器与真实惯导连接，可设置为接收模式，则该模拟器变成记录设备，完成对惯导数据的记录。在发送模式可按给定周期发送21个惯导参数，并将发送的参数进行实时记录用于与发送数据比对，其实现流程如图4所示。

4.2 被试设备仿真

被试设备仿真主要是对采集设备发送的RS422总线数据进行接收，并按照ICD格式进行解码、显示并记录。显示界面如图5所示，实现流程如图6所示，为保证数据帧不丢失，在发送的数据帧中有数据帧计数参数，可验证发送和接收的一致性。

5 实际应用测试与结果

5.1 采集转发功能应用

采集转发功能用于被试设备要求数据格式与机载设备提供数据格式不一致的情况。常见的如惯导对外发送数据格式为429，而被试设备可以接收的数据格式为RS422。为了使被试设备获得飞机的位置姿态等信息，则需要通过中间环节将惯导429总线数据转换为RS422格式的数据，此时，采集器则变成了惯导与被试设备之间的桥梁，时延和丢包率则是该环节需要考核的主要指标。

为了保证采集器转发功能的通用性，在程序设计中引入了配置文件的思想，即将需要发送的数据Lable号、通道号、分辨率、数据帧的帧头、帧尾以及RS422接口的相关设置在设备初始化之前进行读取并存储，设备将根据配置信息进行初始化。在数据接收过程中，将接收数据与配置信息比较，如果是要发送的数据存入初始化时分配的内存空间中，同时判断发送周期，并按周期将组好的数据帧通过RS422接口发送出去。图7为数据转发流程，表1为部分配置文件信息。

试验测试过程中，通道1连接惯导模拟器，嵌入式采集设备串口0通过RS422转RS232转换器连接常规计算机串口，实物连接图如图8所示。在试验测试过程中，设置发送周期为50ms，波特率为115200。试验测试结果表明：所设计的软件系统能够实现惯导429数据转换为RS422数据的功能，转换数据准确，转换的实时性满足使用要求。

5.2 采集记录功能应用

通过对该采集设备的研究，该采集设备功能如下：

a）可设置为总线监视状态，即只要接收或发送通道有数据传输，发送或接收的数据将会拷贝一份到有序队列中；

b）总线速率可设置为自动，即可自动识别接收到的数据速率是高速还是低速；

c）可获得总线的各类状态信息，在监视状态，当数据存储于有序队列的同时，发送或接收数据通道的通道号，速率、各类错误信息也将存储于队列之中；

d）自动为数据打时标，在总线监视状态，系统会自动读取外部时统时间（IRIG-B），并为接收到的数据打上时标存储到有序队列之中。

通过以上对该采集器特点的总结，可以看出总线监视状态非常适合对被试设备数据的采集与记录。

在系统初始化时，将四个接收通道全部初始化，并设置为监视状态，数据速率设置为自动，这样采集设备可完成任意429总线输出设备的数据采集与记录；由于在队列数据结构中有通道信息，如果通道不与被试设备连接时，队列中不会产生该通道的记录，这就实现了通道的自动识别，因此决定了数据记录文件可不按通道区分，全部通道数据记录于1个文件中，由事后处理程序进行区分，以简化数据采集记录的工作量。为保证记录文件的可靠性，采用了文件分割的思想，即每半小时按上述方法自动生成1个文件的方法实现。

由于429总线差分信号驱动能力强，因此将先前设计的惯性导航系统模拟器输出的1路429总线数据线并联分成四路，分别接入采集器的四个接收通道上，即4路接收同源信号，方便对比检查误码率问题。测试实物连接图如图9所示。

事后处理程序流程如图10所示。由于接收通道最多为4个通道，因此在程序开始就创建4个文件，用于存储4个通道的数据信息，文件按“ChnArinc429 data年月日时分.bin”命名，如“Ch2Arinc429data201111081700.bin”表示该文件为通道2在2011年11月8日17时记录的数据。在程序中，利用记录中的通道号区分利用哪个处理函数进行处理，因此通道处理函数的输入参数有文件句柄，数据和时间。在通道处理函数中针对具体ICD再进行实际解码并输出打印到对应的文件。处理后的四通道数据如图11所示。与发送的数据比较时间延时在1ms以内。而且四个通道打的时标完全一致。

6 结论

通过采集转发和采集记录两种它机试飞常见应用的测试、仿真，充分验证了该型采集器的功能，对于采集转发和采集记录的各个环节进行了仔细分析，形成了应用的基本框架，并在多型机载设备它机鉴定试飞中采用，可以完成它机试飞中的数据转发和记录功能。

参考文献

[1]王齐.Linux PowerPC详解：核心篇[M].北京：机械工业出版社，2007（09）.

[2]王若梅、秦显忠等.SZ-01数字信息传输系统[S].中华人民共和国航空工业部部标准，1986（10）.

[3]张凤均.LabWindows/CVI开发入门和进阶[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001（12）.

作者简介

韩春永（1983-），男，内蒙自治区古赤峰市人。硕士学位。现为陕西省西安市阎良区中国飞行试验研究院航电所工程师。研究方向为综合航电系统试飞技术研究。

李太平（1982-），男，湖北省宜昌市人。硕士学位。现为陕西省西安市阎良区中国飞行试验研究院航电所工程师。研究方向为综合航电系统试飞技术研究。

作者单位

陕西省西安市阎良区中国飞行试验研究院航电所 陕西省西安市 710089

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