分布式試飛測試內總線研究

鄧斐

（江西洪都航空工業集團有限責任公司，江西南昌，330000）

1 試飛測試技術特點及作用

1.1 試飛測試技術特點

1.1.1 小型飛機試飛測試的特點

小型飛機試飛測試有著以下特點：(1)試飛測試中涉及的參數數量較多，一個新機型的測試參數能夠達到上萬甚至更多。（2）測試項目種類繁多，小型飛機試飛測試同樣涉及到各種項目，包括航空電子總線信號、數字量信號、模擬量參數以及飛機外部測試參數項目等。（3）測試數據量大，因測試過程中的參數數量多、種類多，也導致測試過程中涉及到大量的數據，每架飛機試飛測試設計的數據總量能達到萬兆字節。（4）小型飛機測試對測試系統具有一些特殊要求，要求測試系統能夠重復使用，且可靠性高、系統體積較小、具備通用性。（5）小型飛機測試中所有測試數據資料必須要傳輸回地面，同時地面站還能夠對整個測試過程進行遙測監控。（6）小型飛機試飛測試中需要做好數據處理的預處理、實時采集分析和數據存儲歸檔等工作。

1.1.2 大型飛機試飛測試的特點

對大型飛機進行試飛測試的過程中，和小型飛機的飛行測試具有較大區別，在小型飛機測試基礎上還具有一些新的要求和特點：（1）大型飛機測試同樣需要涉及到大量的參數和繁多的項目，以A340試飛測試為例，涉及到的測試參數超過10000個。（2）大型飛機測試要求較高帶寬，同時還具有較多高速模擬參數要求。（3）大飛機測試中可以使相關工程師隨機飛行。（4）因大型飛機體型大、空間大，因此在測試中可以配備大體積、大數量的測試設備。（5）大型飛機多為民用機，具備更短的測試周期、相對較低的測試成本。

1.2 試飛測試在飛行試驗中的作用

對于不同機型的飛行測試而言，試飛測試具備不可忽視的作用，主要體現在以下幾面：（1）試飛測試是獲取飛行器飛行相關數據的基本方法。（2）能夠有效保障試飛安全。（3）能夠為試飛測試中涉及的大量數據提供分析方法，提供硬件平臺、軟件平臺支持力度。（4）通過試飛測試能有效縮短飛機的試飛周期、提升試飛效率。（5）通過試飛測試能有效蘋果飛機性能，發現隱患和故障并及時排除。（6）通過試飛測試得到飛機飛行相關參數，為航空器設計、優化等提供基礎數據。（7）通過試飛測試得到試飛數據，為性能指標評估、飛行奠定報告提供科學依據。

2 分布式試飛測試內總線技術

2.1 總線技術

作為分布式試飛測試總線系統的重要內容，總線技術是核心關鍵之一，也是采集單元間和單元內進行通信的平臺。

實際總線是進行信息共享和信息傳輸的公共路徑，是基于統一標準和技術規范基礎上的操作和連接方式。通過總線將一組設備連接在一起組成“總線段”（BusSegment）。不同總線時間相互連接，同時結合總線中的設備構成完整的網絡。一次總線操作涉及到總線中所有的主設備和從設備，完整的一次總線操作包括“連接→數據傳送→脫開”。

“脫開”（Disconnect）：在完成數據采集和傳送操作之后，主設備會進行操作，斷開和從設備之間的連接。主設備運行中一旦和從設備（一個或多個）進行連接就能夠執行讀寫操作，經過總線操作后最終可以放棄總線占有權?！白x”（Read）數據操作即對從設備中的數據進行讀取，“寫”（Write）實際是對從設備進行處理，進行備寫數據，讀寫操作實質是主設備和從設備之間的數據傳輸和存儲。在總線中引入管線傳送和塊傳送技術，希望以此提升數據傳送速度。在總線信息和數據傳輸中可能出現“沖突”（Contention），為避免和解決這些問題需要引入總線仲裁（Arbitration），保證同一時刻只有一個主設備占用總線，只有當其完成總線操作之后才能讓其他主設備占用總線。

2.2 現場總線技術

信息技術的發展和自動化技術的革新推動了現場總線技術的更新迭代，目前已經形成了開放式系統互聯通信網絡，并基于此構建了全分布式網絡集成自動化系統。在上世紀九十年代形成的現場總線（Fieldbus）主要應用于制造自動化、過程自動化以及家庭自動化等眾多領域的現場通信互聯，是現場控制系統和通信網絡系統的集成，之后的現場總線控制系統FCS（FieldbusControlSystem）也是基于此發展起來的。作為新一代控制系統其將數字化應用到現場管理中?，F場總線控制技術的應用進一步降低了控制系統的建設投入，進一步提高了控制質量，使得最終的系統具有更佳的互換性、開放性、分散性和集成性。同時基于此提出了很多現場總線的標準和規范，包括CAN、P-NET、FF、WORLDFIP、PROFIBUS和LONWORKS等，正因為這些標準和規范的提出影響了系統的開放性和集成性?，F場總線技術作為目前自動化領域關注熱點，越來越向著統一化、開放化的方向發展。

2.3 分布式實時系統

近年來人們越來越關注分布式實時系統，并且就該方面展開了大量的研究，目前在分布式系統組成和實時應用性質方面的研究主要集中在以下三個方向：①操作系統+基于分布式對象技術的實時擴展模塊。在原有操作系統基礎上引入分布式技術，結合以COM技術（微軟公司）為代表的實時擴展模塊進行優化?；诖说玫降男滦拖到y主要在弱實時系統進行應用。②實時操作系統+通用操作系統+實時通信。作為目前分布式實時系統中應用最為普遍的形式，實時操作系統的實現主要依靠實時功能模塊實現，通用操作系統主要應用于非實時系統，最終能夠實現實時通信及實時任務間交換。③分布式實時操作系統+計算機網絡。隨著人們研究不斷深入，此種研究系統也成為人們研究熱點之一。

3 分布式試飛測試內總線系統設計與應用

3.1 設計思想與目標

在進行設計中需要充分考慮試飛測試系統的要求和特征，地面配置軟件指令能夠應用于數據采集器內部總線數據傳輸功能控制。在進行數據采集的時候首先由地面軟件進行配置，并生成相應指令進行控制，保證飛機試飛期間數據的準確采集?？偩€技術中采用單一指令循環控制執行，保證指令不會變換。采集系統集成化、體積小型化趨勢明顯，因此本文在設計中采用了不同于現有的內部總線標準，引入時序邏輯實現自定義非標準內部總線設計。

基于此確定本文最終的內部總線設計目標：最大有效傳輸率能夠達到2MB/s，能夠支持16個以下的功能插槽，設計中每個功能模塊的尋址空間低于64kB。最終設計的功能板卡能夠進行信息偵測，且能夠實現一源多目的一次數據傳輸。保證數據能夠有效傳輸到系統控制板卡、PCM編碼卡等用戶板卡。

3.2 系統結構

3.2.1 分布式采集系統

本文設計的分布式采集系統涵蓋兩個重要總線：采集器內部總線以及主設備、從設備采集器互連的外總線。外部總線主要應用于數據傳輸和控制各個分布式微采集器。內部總線作為微采集器內部的總線，主要應用于微采集器內部數據傳輸和內部控制。設計中涉及到的各個采集器均具備獨立的格式、控制、采集和記錄、輸出功能。且每個采集器均具備從單元工作模式、主單元工作模式和獨立工作模式三種工作模式。引入分布式結構后，每個采集器能夠基于預設功能的基礎上進行數據采集，同時系統外部總線控制下采集器會按照時間和模塊進行相應數據采集，保證固定、穩定的時間采集關系。

系統設計中充分考慮數據傳輸、數據采集需求，需要預先定制檢查/地面編制軟件，結合任務需求完成系統配置，包括每個采集器功能采集卡的配置、分布式系統拓撲結構定義、傳輸控制（外總線控制模塊）定義。設計中這些定義形成SETUP文件，文件將在外部總線中傳遞到采集器中，實現數據的循環采集和傳輸。

3.2.2 總線系統體系結構

本文設計的總線系統結構如圖1所示，通過圖中所示能夠看出采集器內部各個功能模塊和控制模塊之間依靠總線進行連接控制。并且內總線采用并行傳輸總線模式，保證內總線具備高數據傳輸性能，以此實現數據的快速傳輸和信息的有效控制。外總線主要應用于采集器之間的連接，為保證系統互聯還采用通用網絡保障系統兼容性。

控制模塊用于外總線和采集器之間的連接，而且接口采用網絡適配器（NIA）和集線器（HUB）以滿足靈活組網需求。

圖1 總線系統結構圖

3.2.3 驗證系統

本文在研究中還引入驗證系統，其主要由三個微型采集器構成，其中從采集器是微采集器2和3，而主采集器是微采集器1。主采集器設計按照標準進行，且能夠根據用戶需求和定義在分布系統中進行從采集器和主采集器的切換?；诖?，總采集器包括功能卡、內部總線和系統控制卡。