摘要：在航電系統(tǒng)維護過程中，為解決定位故障的效率和降低維修成本等問題，提出了基于ICD(Intedace Control Document，接口控制文件)的1553B總線的信息監(jiān)控系統(tǒng)模型。該系統(tǒng)運用數(shù)據(jù)采集卡對總線中傳輸?shù)男盘栍袩o失真、偏差等電氣特性進行檢測，并使用1553B通訊卡通過測控軟件LabWindows／CVI編程與ICD數(shù)據(jù)庫的動態(tài)鏈接，實現(xiàn)總線信息的解析和故障的判斷。與傳統(tǒng)的維護過程相比，這種模型能夠從信號的電氣特性以及信息的解析等全方位的去檢測判斷故障的來源，并且能夠廣泛在其他1553B總線系統(tǒng)內(nèi)擴展應用。驗證表明該監(jiān)控系統(tǒng)可以對總線信息進行快速有效地監(jiān)測分析，能滿足應用需求。
關鍵詞：1553B總線；數(shù)據(jù)庫；總線監(jiān)控；ICD
軍用數(shù)據(jù)總線MIL-STD-1553B標準因其可靠性高、傳輸速率高、易于擴展等優(yōu)點在飛行平臺的電子綜合化系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，因此對該總線的不斷深入研究十分必要。
在飛機的排故和維修過程中，尚不能快速有效地確定是該部分的某個子系統(tǒng)故障還是總線故障。當出現(xiàn)故障時，只有對該部位的子系統(tǒng)進行逐一排故才能確定故障并維修，嚴重影響了工作效率。該監(jiān)控系統(tǒng)的設計集成了對總線中傳輸信號電氣特性的檢測、傳輸數(shù)據(jù)的有效性判斷以及實時比對ICD的傳輸信息解析，從而能夠加快維修時的排故速度并減輕地勤人員的工作負擔。
1 系統(tǒng)概述
1．1 1553B總線簡介
MIL-STD-1553B是一種時分制指令／響應式多路傳輸數(shù)據(jù)總線。其總線系統(tǒng)結構包括總線控制器(BC)、總線監(jiān)聽器(BM)及遠程終端(RT )。總線上的信息是以消息的形式調(diào)制成曼徹斯特碼進行傳輸?shù)摹Ｃ織l消息最長由32個字組成，所有的字分為三類：命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。每類字的長度為20位，有效信息位是16位，每個字的前3位為單字的同步字頭，最后1位是奇偶校驗位。有效信息(16位)及奇偶校驗位在總線上以曼徹斯特碼的形式進行傳輸，傳輸一位的時間為1μs(即碼速率為1 MHz)。如圖1所示為總線信息字的格式。
1．2 系統(tǒng)分析
在信息傳輸出現(xiàn)故障時，首先要考慮兩類故障，一是總線磨損等而導致的信息傳輸失真，無法識別，此時需要對總線進行檢查、維修或是更換；二是對應的某個子設備出現(xiàn)通信故障，此時需要根據(jù)所傳輸數(shù)據(jù)判斷故障類型，以達到迅速維修的目的。因此既要根據(jù)國軍標要求對總線傳輸信號的電氣特性進行條件判斷，也要對傳輸?shù)男畔⒆值膬?nèi)容及其有效性進行判斷分析。
該系統(tǒng)在框架上由總線數(shù)據(jù)采集和信息監(jiān)控兩大模塊組成，分別實現(xiàn)不同的系統(tǒng)功能。
2 硬件組成
硬件部分由工業(yè)控制計算機、研華多功能高速數(shù)據(jù)采集卡PCI1714和成都恩菲特公司生產(chǎn)的1553B接口卡EPH6273構成。
2．1 數(shù)據(jù)采集模塊
數(shù)據(jù)采集模塊的關鍵部分就是數(shù)據(jù)采集卡。1553B總線傳輸?shù)穆鼜厮固卮a的速率是1 Mb／s。根據(jù)香儂采樣定理：要使信號采樣后能夠不失真還原，采樣頻率必須大于信號最高頻率的兩倍，即fs≥2fmax，工程上一般選擇fs=(5～10fmax。采集卡PCI1714最高采樣速率為30MS／ s，32k的FIFO，支持4通道模擬輸入。模擬信號進入數(shù)據(jù)采集卡后，采集卡對其進行調(diào)理、采集、緩存，并將信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移存入計算機的硬盤，計算機在應用程序的控制下，進而對數(shù)據(jù)進行處理、運算，最后把數(shù)據(jù)和定性判斷結果在生成的面板上顯示。圖2是信號采集系統(tǒng)的功能框圖。
2．2 信息監(jiān)控模塊
信息監(jiān)控模塊的硬件核心就是1553B通訊卡。該卡是1個雙通道、多功能的PCI接口卡，可同時模擬和實現(xiàn)總線控制(BC)、遠程終端(RT)、總線監(jiān)控(BM)功能，隨卡提供了驅(qū)動安裝程序和豐富的1553B總線接口函數(shù)。1553B通訊卡通過PCI總線把計算機和機載設備相連接，實現(xiàn)通信時，需要識別總線傳輸?shù)拿總€信息字，把該信息字的內(nèi)容在ICD中查詢解析，迅速判斷傳輸內(nèi)容的意義并反饋給操作者。
3 軟件組成
軟件部分是系統(tǒng)的核心，其目的是以簡便的界面實現(xiàn)系統(tǒng)操作，并通過數(shù)據(jù)采集和信息監(jiān)控2個模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。軟件部分主要有3部分組成，人機交互界面、數(shù)據(jù)采集程序、ICD數(shù)據(jù)庫。
3．1 軟件環(huán)境
本系統(tǒng)是在Windows XP環(huán)境下，通過LabWindows／CVI和Microsoft Access相結合實現(xiàn)的。
LabWindows／CVI是一個完全的ANSI C開發(fā)環(huán)境，用于儀器控制、自動檢測、數(shù)據(jù)處理的應用軟件。Access數(shù)據(jù)庫是Microsoft公司推出的微機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有界面友好、易學易用、開發(fā)簡單、接口靈活等特點，是典型的新一代桌面數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。LabWindows／CVI開發(fā)環(huán)境提供了對數(shù)據(jù)庫的支持能力，可以實現(xiàn)多種異構數(shù)據(jù)庫的訪問和維護，但它必須安裝CVI SQL Tookit工具包。工具包中一共包含了11個子類的函數(shù)庫，這些數(shù)據(jù)庫編程API使LabWindows／CVI編寫的上層應用程序?qū)?shù)據(jù)庫的訪問得以實現(xiàn)，進一步增強了可移植性。
3．2 人機交互界面
界面面板主要裝載菜單、按鈕和圖形顯示等控件。菜單欄包括系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)采集、信息監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫管理、其他功能和幫助。其中，系統(tǒng)管理包含有登陸系統(tǒng)、修改密碼、注銷和退出系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集包含初始化、數(shù)據(jù)查看；信息監(jiān)控包含初始化、信息顯示；數(shù)據(jù)庫管理包含修改、查詢；其他功能有用戶管理、顯示日志。
每個界面也都有對應菜單項的各個功能按鈕，采集面板包含參數(shù)設置、開始采集、保存、數(shù)據(jù)處理、退出等，信息監(jiān)控面板包含有文件、功能、數(shù)據(jù)庫、幫助等。圖形顯示功能使用控件Strip Chart及其對應函數(shù)PlotStripChart組合構成，傳輸信息的讀取采用調(diào)用數(shù)據(jù)庫并用表格進行迅速顯示的方法。圖3為系統(tǒng)的部分界面。
3．3 數(shù)據(jù)采集部分
數(shù)據(jù)采集是通過開始按鈕的回調(diào)函數(shù)start來實現(xiàn)的。采用同步繪制信號波形的方法，以直觀實時的觀察信號的特征：采用多線程條件下的DMA傳輸方式高速采樣，數(shù)據(jù)在沒有CPU介入的情況下直接在設備和內(nèi)存間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸，以實現(xiàn)最快的數(shù)據(jù)傳輸方式。使用研華多功能卡數(shù)據(jù)采集的原理框圖如圖4所示。
具體測試性能都應滿足國軍標的要求，如終端的線間輸出電壓峰-峰值應在6．0～9．0 V范圍內(nèi)；波形過零點與理想過零點的偏差等于或小于25．000 ns；上升下降沿時間分別為TR和TF，按峰-峰值10％～90％之間測量，應滿足100 ns≤TR≤300 ns，100 ns≤TF≤300 ns。保存信號波形便于觀察，同時通過保存的波形數(shù)據(jù)，計算其峰-峰值、輸出噪聲以及上升下降沿所需的時間等來判斷傳輸信號是否符合標準的要求，然后在面板界面上顯示給操作者。圖5為在LabWindows／CVI環(huán)境下實驗時對常見波形的數(shù)據(jù)采集波形圖。
3．4 信息監(jiān)控部分
ICD是通用航空電子總線監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，它給出了航空電子系統(tǒng)規(guī)范中所定義的電氣和電子接口的詳細說明，包含了一整套總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的定義，諸如控制方式、信號類型、編碼形式、故障代碼等各種信息，可以分為：塊(Blocks)和信號(Signals)兩部分。塊是在串行通信總線上的接口，定義了航空電子系統(tǒng)各個子系統(tǒng)間的接口規(guī)范，包含總線識別、信號源代碼和目的代碼、物理和邏輯信號等；信號是用于外場可更換單元之間傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)單位，在ICD中必須定義所有信號的數(shù)據(jù)屬性?？驁D6即是ICD監(jiān)控模塊的軟件流程，顯示了整個信息監(jiān)控模塊的功能實現(xiàn)情況。
ICD的數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫管理的形式，其設計是將接口控制文檔抽象成數(shù)據(jù)庫的許多描述表，表中內(nèi)容按照數(shù)據(jù)類型形成數(shù)據(jù)記錄，代表了塊／信號的數(shù)據(jù)模型，然后通過自頂向下的層次劃分方法，將龐大的ICD切分成邏輯上互相關聯(lián)、結構上互相獨立的數(shù)據(jù)描述表結構。描述表中塊的格式為A／ACC1／10-00-01，其中A代表總線字母，AC為信號目的設備代碼，C1為信號源設備代碼，后邊的數(shù)字串代表邏輯塊號和物理塊號。在信號傳輸過程中，塊號是唯一的。傳輸?shù)拿钭挚梢远ㄎ辉丛O備和目的設備(如ACC1)，然后判斷后邊數(shù)據(jù)字的內(nèi)容從ICD中迅速查找對應的塊號，在界面上實時的顯示其含義，能夠有效幫助操作者分析通信狀態(tài)及信息。
4 結束語
本文提出了對1553B總線信息的監(jiān)控系統(tǒng)的設計，引入信號電氣特性的檢測，從而豐富了系統(tǒng)的檢查范圍；測控軟件與數(shù)據(jù)庫技術相結合，使測試數(shù)據(jù)的處理過程更為優(yōu)化；數(shù)據(jù)采集和信息監(jiān)控兩個模塊的有機結合使該系統(tǒng)的功能大大完善。該系統(tǒng)的設計思想及方法在效能上能滿足地勤人員對飛機航電系統(tǒng)的維護、維修要求，對其他類似的工程應用也具有很好的借鑒意義。