李太平，韓春永，陳 亮（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

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嵌入式采集系統(tǒng)的應(yīng)用研究

李太平，韓春永，陳 亮
（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

摘要：本文以某型雷達試飛為背景，設(shè)計搭建了嵌入式采集系統(tǒng)測試方案，用于采集多路ARINC429總線及開關(guān)量信號，并以慣導(dǎo)、被試設(shè)備仿真系統(tǒng)為信號源，對嵌入式采集系統(tǒng)采集記錄功能進行了仿真測試，并在雷達試飛中進行飛行驗證，通過仿真測試和飛行驗證，嵌入式采集系統(tǒng)能夠完成機載設(shè)備試飛數(shù)據(jù)采集記錄。

關(guān)鍵詞：嵌入式采集系統(tǒng)；試飛；ARINC429總線

0　引言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式、小型化、便攜式實時航空總線采集系統(tǒng)在造價、功耗、實時性等方面顯現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢，并逐步成為數(shù)據(jù)采集的主流發(fā)展趨勢。

本文以某雷達試飛為應(yīng)用背景，采用嵌入式ARINC429總線及開關(guān)量采集器為硬件平臺，設(shè)計了嵌入式采集系統(tǒng)測試方案，并通過實驗室聯(lián)試、飛行試驗驗證基于嵌入式的多路ARINC429總線及開關(guān)量的采集技術(shù)。

1 測試方案設(shè)計

課題組分析了雷達試飛需求，需對被試?yán)走_、基準(zhǔn)雷達、慣導(dǎo)系統(tǒng)、大氣機共計4路ARINC429數(shù)據(jù)以及告警信號1路開關(guān)量進行采集，由此設(shè)計了測試方案如圖1。

圖1中慣導(dǎo)、被試?yán)走_、基準(zhǔn)雷達、大氣機系統(tǒng)為429總線，均直接送入采集器，告警信號為28V，開關(guān)量調(diào)節(jié)器將告警信號調(diào)節(jié)電壓后送至采集器。采集器采集各分系統(tǒng)的429數(shù)據(jù)和開關(guān)量信號，其中 429數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)送至ARINC429總線實時監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)選取部分重要參數(shù)對其進行實時監(jiān)控。B碼發(fā)生器系統(tǒng)為采集器和ARINC429總線實時監(jiān)控系統(tǒng)授時。

圖1　 測試方案設(shè)計框圖

圖2中嵌入式ARINC429總線及開關(guān)量采集器為基于Linux的嵌入式硬件系統(tǒng)，可同時記錄4路429總線數(shù)據(jù)和4路5V的I/O信號，外形如圖2所示，其體積小、重量輕，由28V電源供電，功耗較低，記錄容量為8GB，能接收IRIG-B信號，提供高速數(shù)據(jù)下載等功能，滿足寬溫抗震的要求，可用于機上復(fù)雜環(huán)境的測試。

圖2　采集器外形圖

2　測試軟件設(shè)計框架

2.1測試軟件組成

根據(jù)嵌入式采集系統(tǒng)測試方案，設(shè)計了測試軟件框架， 測試軟件分為429總線監(jiān)控軟件、429總線和開關(guān)量數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件兩部分。429總線監(jiān)控軟件監(jiān)控不同通道的數(shù)據(jù)并分開來顯示，需要監(jiān)控的參數(shù)由配置文件提供，配置文件由上位機配置軟件生成，429總線數(shù)據(jù)也通過選擇相應(yīng)配置文件進行預(yù)處理。

2.2上位機配置軟件

嵌入式采集器記錄的數(shù)據(jù)格式如表1所示，開關(guān)量數(shù)據(jù)格式和429數(shù)據(jù)格式類似，不同的是14字節(jié)最低4位用來表示4個開關(guān)量通道的狀態(tài)位。

表1　采集器記錄數(shù)據(jù)格式說明

通常429總線數(shù)據(jù)文件的預(yù)處理每次需根據(jù)ICD文件， 重新定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并修改程序， 工作重復(fù)， 我們分析了429數(shù)據(jù)的特點， 提出配置文件的思想， 對于不同系統(tǒng)可以將該系統(tǒng)429數(shù)據(jù)的label號、數(shù)據(jù)最低位以及最低位分辨率輸入生成配置文件， 在進行429數(shù)據(jù)處理時， 選擇對應(yīng)的配置文件即可。這種配置文件的思想具有通用性， 為數(shù)據(jù)處理帶來極大方便。

2.3ARINC429總線監(jiān)控軟件

為了監(jiān)控采集器記錄的429數(shù)據(jù)狀態(tài)，我們選擇了部分關(guān)鍵參數(shù)進行監(jiān)控，監(jiān)控參數(shù)通過配置文件設(shè)定，圖3為飛行監(jiān)控畫面。

2.4ARINC429總線解析軟件

429總線數(shù)據(jù)解析畫面如圖4所示，選擇需要處理的429總線數(shù)據(jù)源文件，然后選擇對應(yīng)的配置文件進行處理。

3　實驗室仿真及飛行試驗驗證

結(jié)合試飛任務(wù)，按照預(yù)先設(shè)計的測試方案搭建了實驗室仿真平臺，其示意圖如圖5：

圖3　飛行監(jiān)控畫面

圖4　429總線數(shù)據(jù)解析畫面

試飛過程中被試?yán)走_、基準(zhǔn)雷達、大氣機和慣導(dǎo)系統(tǒng)都是采用429數(shù)據(jù)傳輸，實驗室采用慣性導(dǎo)航模擬器模擬4路高速429數(shù)據(jù)，來代替真實飛行過程中的試飛數(shù)據(jù)，告警信號采用28V直流電源提供，ARINC429總線實時監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)映射到采集器的磁盤存儲空間里。通過對一般的慣導(dǎo)系統(tǒng)特性的分析與了解，系統(tǒng)采用研華工控機配置EXCALIBUR ARINC429總線采集板卡實現(xiàn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)模擬器的設(shè)計，實現(xiàn)界面如圖6所示。在發(fā)送模式系統(tǒng)可按給定周期發(fā)送慣導(dǎo)參數(shù)，并將發(fā)送的參數(shù)進行實時記錄用于與記錄數(shù)據(jù)比對。

實驗室里采用模擬的4路高速429信號源，主要進行4通道滿負(fù)荷條件下的記錄功能測試、時統(tǒng)功能測試以及接收延時測試。通過試驗表明，嵌入式采集器接收到外界時統(tǒng)時間并為接收到的429數(shù)據(jù)打上精確時標(biāo)，能夠準(zhǔn)確無誤的記錄所有數(shù)據(jù)，沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)堆積和丟數(shù)據(jù)現(xiàn)象，滿負(fù)荷記錄的情況下，記錄數(shù)據(jù)延時有效控制在1ms以內(nèi)。

以運八載機為試飛平臺進行雷達試飛。通過了多次飛行試驗驗證，嵌入式ARINC429總線及開關(guān)量采集器能準(zhǔn)確采集來自多路429數(shù)據(jù)和開關(guān)量數(shù)據(jù)，預(yù)處理軟件能正確處理各分系統(tǒng)數(shù)據(jù)，滿足該雷達任務(wù)需求。

4　結(jié)論

本文搭建了嵌入式采集測試系統(tǒng)，經(jīng)過實驗室仿真測試、飛行試驗，驗證了該測試系統(tǒng)能滿足多路429總線和開關(guān)量的測試需求。與傳統(tǒng)的工控機加采集板卡的模式比較，具有體積小、重量輕、功耗低、通用性強、人工干預(yù)少、可靠性高等優(yōu)點，相信在未來它機試飛項目中將逐步取代傳統(tǒng)的采集模式，發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻

［1］王齊.Linux PowerPC詳解：核心篇.機械工業(yè)出版社. 2007.9.

［2］王若梅、秦顯忠等. SZ-01數(shù)字信息傳輸系統(tǒng).中華人民共和國航空工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)1986.10.

［3］張鳳均.LabWindows/CVI開發(fā)入門和進階.北京航空航天大學(xué)出版社.2001.12.

Research on the application of embedded acquisition system

Li Taiping，Han Chunyong，Chen Liang
（Chinese Flight Test Establishment，Xi’an Shaanxi，710089）

Abstract：This paper to a certain type of radar test as the background，design and construction of the embedded acquisition system test plan，for the acquisition of multi-channel ARINC429 Bus and switch quantity signal，and by sins，test equipment simulation system as the source signal and the embedded acquisition acquisition and recording system function to carry out the simulation test，and flight test in the radar field test，through simulation test and flight test，the embedded data acquisition system can complete the airborne equipment test data acquisition and recording.

Keywords：embedded acquisition system；flight test；ARINC429 bus

作者簡介

李太平（1982-），男，湖北宜昌人，工程師，主要從事綜合航電系統(tǒng)試飛工作。

韓春永（1983-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，主要從事綜合航電系統(tǒng)試飛工作。

圖5　實驗室仿真平臺示意圖

圖6　慣性導(dǎo)航系統(tǒng)模擬器界面