一種懸掛物兼容飛機(jī)航電與武器總線的設(shè)計(jì)方法

任 丹，陳國(guó)平，張梅梅，江 濤，謝 暉

(中航工業(yè)洪都,江西南昌330024)

0 引言

多型飛機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)懸掛物分別采取了航電總線和武器總線的通信方式，使得某通用型懸掛物在不同型號(hào)飛機(jī)上，或掛裝于航電一級(jí)總線上，或掛裝于武器二級(jí)總線上。由于航電總線網(wǎng)絡(luò)中的終端采用固定通信地址，武器總線網(wǎng)絡(luò)中的終端采集外掛地址作為通信地址，使懸掛物與飛機(jī)的通信存在固定與浮動(dòng)的通信方式，導(dǎo)致該通用型懸掛物不能兼容掛載多型飛機(jī)。本文針對(duì)現(xiàn)有情況，提出一種總線識(shí)別匹配自適應(yīng)設(shè)計(jì)，通過(guò)控制運(yùn)行不同通信模式軟件的方法，實(shí)現(xiàn)懸掛物在固定、浮動(dòng)通訊地址以及不同通信協(xié)議下均能與飛機(jī)正常通信。

1 系統(tǒng)概述

懸掛物主控模塊是懸掛物系統(tǒng)正常工作的核心控制部件，用于組織管理懸掛物內(nèi)部設(shè)備，負(fù)責(zé)與飛機(jī)總線通信。懸掛物主控模塊與飛機(jī)的通信是通過(guò)其內(nèi)部的MBI模塊實(shí)現(xiàn)。MBI模塊采用由軟件設(shè)置好的固定通信地址實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)航電總線的通信。若要實(shí)現(xiàn)懸掛物與飛機(jī)武器總線的通信，需對(duì)懸掛物主控模塊的MBI模塊進(jìn)行改進(jìn)，使其兼容硬件設(shè)置的通信地址，以實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)的通信。

主控模塊內(nèi)部有兩套軟件，分別是主控模塊系統(tǒng)軟件和懸掛物系統(tǒng)任務(wù)軟件。主控模塊系統(tǒng)軟件是為主控模塊所開(kāi)發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及配置的開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供實(shí)時(shí)運(yùn)行軟件、軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)維護(hù)平臺(tái)。懸掛物系統(tǒng)任務(wù)軟件是為懸掛物主控模塊開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)任務(wù)程序，在硬件平臺(tái)、實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)以及硬件驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，控制懸掛物內(nèi)各設(shè)備有序工作，其內(nèi)部模塊見(jiàn)圖1。

其中初始化模塊負(fù)責(zé)對(duì)各類(lèi)接口的初始化和工作啟動(dòng)，以及對(duì)軟件全局?jǐn)?shù)據(jù)變量的初始化；軟件主控模塊負(fù)責(zé)對(duì)25ms周期任務(wù)和40ms周期任務(wù)的處理，并調(diào)用其他模塊；GJB289A總線通信模塊、RS422總線通信模塊、數(shù)據(jù)分析解算和組織模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、BIT管理和故障分析組織模塊負(fù)責(zé)懸掛物系統(tǒng)與飛機(jī)以及懸掛物系統(tǒng)內(nèi)部的通信、數(shù)據(jù)記錄、故障分析組織等功能。懸掛物系統(tǒng)任務(wù)軟件工作流程見(jiàn)圖2。

圖1 懸掛物系統(tǒng)任務(wù)軟件模塊

圖2 軟件工作流程

2 通用性設(shè)計(jì)方法

懸掛物在兩種總線掛裝方式下與飛機(jī)的通信協(xié)議（包括：ICD、通信表等）存在差別[1]，使得懸掛物系統(tǒng)任務(wù)軟件的設(shè)計(jì)需同時(shí)考慮兩套通信協(xié)議，掛裝不同的總線，任務(wù)軟件執(zhí)行相應(yīng)的通信代碼。由于任務(wù)軟件無(wú)法識(shí)別懸掛物掛裝飛機(jī)的總線類(lèi)型，在主控模塊面板上增加一路離散量開(kāi)關(guān)，通過(guò)硬件產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)供軟件識(shí)別，軟件根據(jù)收到的離散量值，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的通信代碼，即可實(shí)現(xiàn)懸掛物與兩級(jí)總線的通信[2]。離散量開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)要求可直觀看到當(dāng)前開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，且外部人員不易對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行誤操作。

為實(shí)現(xiàn)懸掛物與飛機(jī)兩級(jí)總線的通信，對(duì)懸掛物主控模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)、多路傳輸總線接口MBI模塊和系統(tǒng)任務(wù)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

主控模塊中包含8路離散量輸入，系統(tǒng)只應(yīng)用了第0、1、2路。在主控模塊面板上增加一路開(kāi)關(guān)，用于控制模塊中的8路離散量輸入中的第3路。所選擇的開(kāi)關(guān)為單刀雙擲紐子開(kāi)關(guān)，具備防誤操作、防水等功能。開(kāi)關(guān)打到上位“固定”位置時(shí)，懸掛物掛裝航電總線，通信地址采用固定RT地址；開(kāi)關(guān)打到下位“浮動(dòng)”位置時(shí)，懸掛物掛裝武器總線，通信地址采用浮動(dòng)RT地址。

設(shè)計(jì)改進(jìn)后的主控模塊面板在原主控模塊面板的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)離散量開(kāi)關(guān)，其它均不作改動(dòng)。

2.2 MBI模塊設(shè)計(jì)

為滿(mǎn)足懸掛物掛裝武器二級(jí)總線的通信要求，對(duì)原主控模塊MBI板增加一種通信地址采集方式。MBI模塊根據(jù)收到的離散量信號(hào)值，選擇通信地址采集方式。當(dāng)懸掛物掛裝于航電總線時(shí)，MBI模塊采用應(yīng)用軟件初始化的固定通信地址實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)航電總線的通信；當(dāng)懸掛物掛裝于武器總線時(shí)，MBI模塊通過(guò)采集懸掛物與飛機(jī)接口6路地址線的離散量信號(hào)，采用飛機(jī)輸入的浮動(dòng)通信地址實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)武器總線的通信。改進(jìn)后的MBI模塊兼容硬件設(shè)置通信地址和軟件設(shè)置通信地址兩種方式。

2.3 軟件的設(shè)計(jì)

2.3.1 總線識(shí)別匹配自適應(yīng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)懸掛物在兩級(jí)總線上的正常通信，軟件增加一段代碼判斷通信地址采用固定還是浮動(dòng)狀態(tài)，再依此確定懸掛物系統(tǒng)任務(wù)軟件的工作狀態(tài)。

輸入：主控模塊面板上的固定/浮動(dòng)地址開(kāi)關(guān)，用戶(hù)在懸掛物系統(tǒng)上電之前通過(guò)該開(kāi)關(guān)量進(jìn)行固定/浮動(dòng)地址的選擇。

輸出：軟件工作狀態(tài)判斷，當(dāng)固定/浮動(dòng)地址開(kāi)關(guān)值為0（低電平）時(shí)，軟件進(jìn)入固定地址（航電總線）狀態(tài)；當(dāng)固定/浮動(dòng)地址開(kāi)關(guān)值為1（高電平）時(shí)，軟件進(jìn)入浮動(dòng)地址（武器總線貫標(biāo)）狀態(tài)。數(shù)據(jù)流圖見(jiàn)圖3。

2.3.2 系統(tǒng)任務(wù)軟件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)新增離散量信號(hào)的采集與判斷，在原有軟件主控模塊上增加一路入口函數(shù)，以判斷當(dāng)前懸掛物是掛裝于航電一級(jí)總線還是武器二級(jí)總線。由于掛裝不同級(jí)別的總線，懸掛物與其通信協(xié)議（包括ICD、通信表等）存在差別，所以在程序內(nèi)部編寫(xiě)兩路代碼，分別適用于不同的協(xié)議[3]。當(dāng)判斷掛裝的是航電總線，程序進(jìn)入適用于航電總線通信協(xié)議的程序代碼，反之進(jìn)入適用于武器總線通信協(xié)議的程序代碼。軟件處理過(guò)程見(jiàn)圖4。

圖3 固定/浮動(dòng)地址數(shù)據(jù)流圖

改進(jìn)設(shè)計(jì)后的軟件可實(shí)現(xiàn)懸掛物與飛機(jī)兩級(jí)總線的正常通信，軟件流程見(jiàn)圖5。

2.3.3 初始化處理流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

懸掛物掛裝武器二級(jí)總線與飛機(jī)通信時(shí)，系統(tǒng)要求建立通信時(shí)間不大于500ms。這就要求懸掛物在上電500ms內(nèi)，向機(jī)上武器總線發(fā)出懸掛物描述信息。

懸掛物之前掛裝于飛機(jī)航電總線，在完成系統(tǒng)自檢后，才上報(bào)狀態(tài)信息，建立和飛機(jī)的通信。原有軟件流程是：引導(dǎo)→自檢(BIT)→操作系統(tǒng)→應(yīng)用軟件，其中MBI的初始化和啟動(dòng)包含在應(yīng)用軟件中，通信建立時(shí)間遠(yuǎn)大于500ms。為實(shí)現(xiàn)懸掛物掛裝武器二級(jí)總線時(shí)，能夠在500ms之內(nèi)向總線發(fā)送懸掛物描述信息，對(duì)懸掛物系統(tǒng)任務(wù)軟件進(jìn)行了更改。在不影響懸掛物掛航電總線通信的前提下，增加一路軟件運(yùn)行流程，最終將通信建立時(shí)間控制在500ms內(nèi)，滿(mǎn)足了系統(tǒng)要求。

軟件新增加的初始化流程為：引導(dǎo)→MBI的初始化和啟動(dòng)→BIT→操作系統(tǒng)→應(yīng)用軟件，其中MBI初始化和啟動(dòng)包含了發(fā)送懸掛物描述信息。引導(dǎo)程序執(zhí)行時(shí)間最大為30us，MBI初始化時(shí)間最大為100ms。更改后的主控模塊上電時(shí)間流程示意圖如圖6所示，主控模塊上電 （28V有效）到復(fù)位結(jié)束時(shí)間最大為250ms，復(fù)位結(jié)束后，MBI模塊內(nèi)部CPU進(jìn)行初始化和自檢操作，最大需100ms；系統(tǒng)任務(wù)軟件對(duì)MBI進(jìn)行初始化和啟動(dòng)最大需100ms，其中包含發(fā)送懸掛物描述信息。綜上所述，發(fā)送懸掛物描述信息最大需要450ms，滿(mǎn)足了系統(tǒng)要求。

圖6 主控模塊上電時(shí)間流程示意圖

軟件流程更改后，在上電500ms內(nèi)，MBI模塊具備通信能力，可將懸掛物描述信息發(fā)送到總線上。此軟件流程只適用于懸掛物配掛武器二級(jí)總線，當(dāng)懸掛物配掛航電總線時(shí)，軟件流程不作更改。

3 改進(jìn)后的應(yīng)用情況

通信的要求，實(shí)現(xiàn)了一型懸掛物在多型飛機(jī)上的順利掛裝。同時(shí)，由于相應(yīng)飛機(jī)無(wú)需進(jìn)行改動(dòng)，大大減少了掛載懸掛物帶來(lái)的工作量，并降低了協(xié)調(diào)復(fù)雜度，最大限度的擴(kuò)大了懸掛物的通用化程度。該方法還可應(yīng)用于國(guó)內(nèi)同類(lèi)設(shè)備上，提高懸掛物在不同飛機(jī)平臺(tái)掛載的通用性。

懸掛物按上述方法完成設(shè)計(jì)改進(jìn)后，已分別與某A型飛機(jī)（掛裝于航電總線）和某B型飛機(jī)（掛裝于武器總線）進(jìn)行了雙邊聯(lián)試與對(duì)接，并隨兩型飛機(jī)進(jìn)行多個(gè)架次的飛行，飛機(jī)與懸掛物通訊均正常。經(jīng)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)改進(jìn)后的懸掛物可實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)兩級(jí)總線的正常通信，滿(mǎn)足懸掛物在多型飛機(jī)上的掛載要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本方法通過(guò)在懸掛物上增加一路離散量開(kāi)關(guān)控制運(yùn)行不同通信模式軟件的方法，滿(mǎn)足了懸掛物在固定、浮動(dòng)通訊地址以及不同通信協(xié)議下均能正常

[1]國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)．GJB289A數(shù)字式時(shí)分制指令／響應(yīng)型多路傳輸數(shù)據(jù)總線［S］．北京：國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)，1998.

[2]龔德恩.離散控制系統(tǒng)理論引論[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

[3]齊明俠.工程軟件設(shè)計(jì)[M].東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2006.