基于Wireshark的民用飛機(jī)A664數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)解析

王煥宇

摘 要：Arinc664數(shù)據(jù)總線協(xié)議是某大型客機(jī)上應(yīng)用的航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)主干網(wǎng)，飛機(jī)各系統(tǒng)通過該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其上傳輸了海量的機(jī)載數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)這些參數(shù)的實(shí)時(shí)解析，從而得到系統(tǒng)的輸入輸出參數(shù)響應(yīng)，是系統(tǒng)綜合試驗(yàn)測試與試飛測試的一項(xiàng)重要而基本的要求。目前試驗(yàn)室大多部署了工控機(jī)，配置訂制的數(shù)據(jù)采集和ICD（接口控制文件）解析軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取和分析，但是設(shè)備專用性較強(qiáng)，且不便于外場測試。Wireshark是一款開源的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)聽軟件，可以運(yùn)行于個(gè)人筆記本上，該文通過wireshark的插件機(jī)制提出了一種機(jī)載Arinc 664數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)解析方案，為系統(tǒng)集成試驗(yàn)與排故試驗(yàn)解決了Arinc664數(shù)據(jù)便攜解析問題。

關(guān)鍵詞：Arinc664 Wireshark 插件 協(xié)議解析 lua

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）06（a）-0004-02

Abstract：Arinc664 bus is applied to one of civil aircraft for Avionics Network. Other systems transfer and route data through this network. There is a requirement to analyze these data for engineer to get the output of the system. Industrial computer and specific software are dedicated to capture and analyze the parameters， without any flexibility. The paper suggest using dissector of Wireshark， one of the most popular Ethernet analyze tool， to analyze the data stream from airborne equipment and help the integration and trouble shooting in the Lab.

Key Words：Arinc664； Wireshark； Dissector； Protocol analyze； Lua

Arinc664數(shù)據(jù)總線是新一代的航空數(shù)據(jù)總線，在現(xiàn)代大型飛機(jī)上得到了較廣泛應(yīng)用，該總線具有以下優(yōu)點(diǎn)[1]：（1）基于IEEE 802.3以太網(wǎng)與ARINC664，Part7的通用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)高速傳輸；（2）通過虛擬鏈路與固定帶寬，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)確定性傳輸；（3）通過冗余機(jī)制與錯(cuò)誤檢測，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c服務(wù)質(zhì)量。在某大型客機(jī)航電系統(tǒng)集成試驗(yàn)中，需要對(duì)如此高速的數(shù)據(jù)總線進(jìn)行采集并根據(jù)ICD進(jìn)行解析，從而得到各系統(tǒng)參數(shù)值。試驗(yàn)過程中采集的Arinc664數(shù)據(jù)，如果沒有數(shù)據(jù)解析，就是一串二進(jìn)制源碼。通過分析Arinc664數(shù)據(jù)總線的協(xié)議，利用Wireshark對(duì)以太網(wǎng)各種協(xié)議解析的擴(kuò)展能力，完成型號(hào)用的Arinc664數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)解析插件的開發(fā)，達(dá)到Arinc664數(shù)據(jù)便攜測試的目的。

1 Arinc664數(shù)據(jù)總線協(xié)議分析

Arinc664數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一般包括端系統(tǒng)（End System）及交換機(jī)，如圖1所示。端系統(tǒng)負(fù)責(zé)將機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Arinc664接口進(jìn)行傳輸，交換機(jī)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)幀路由至預(yù)先配置好的目的端，而數(shù)據(jù)的路由由虛擬鏈路（Virtual Link）號(hào)進(jìn)行標(biāo)示和配置[2]。

虛擬鏈路號(hào)復(fù)用在IP頭和MAC幀頭的目的地址中，從而實(shí)現(xiàn)一發(fā)多收的機(jī)制，如圖2所示。

在Arinc664的消息載荷規(guī)范中，規(guī)定了消息存放的規(guī)則，在系統(tǒng)型號(hào)網(wǎng)絡(luò)互操作性規(guī)范里強(qiáng)制要求各系統(tǒng)共同遵守。而具體消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，包括消息數(shù)據(jù)類型、大小、偏移量等，均在ICD里具體約定。某型民用飛機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用XML格式定義了這些ICD信息，該文通過這些XML文件對(duì)采集到的Arinc664進(jìn)行解析，將二進(jìn)制數(shù)據(jù)解析成直觀的工程值，供試驗(yàn)與設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步分析使用。

2 基于Wireshark的Arinc664數(shù)據(jù)解析方案

Wireshark是世界上使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)分析軟件之一，可以捕捉網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)，并為用戶提供上層協(xié)議的各種消息，支持超過1 000種通用協(xié)議。Wireshark軟件內(nèi)嵌lua語言的執(zhí)行機(jī)制，提供通過lua編寫Wireshark解析器插件的接口，自定義解析器（dissector），從而實(shí)現(xiàn)自定義協(xié)議解析的目的。而Arinc664又是一種基于以太網(wǎng)的機(jī)載總線協(xié)議，Wireshark對(duì)Arinc664的解析。

第一步，制作轉(zhuǎn)換電纜，將機(jī)載物理接口轉(zhuǎn)換成試驗(yàn)用RJ45接口，以便將接入Wireshark環(huán)境中，電纜原理圖如圖3所示。

第二步，按照網(wǎng)絡(luò)互操作性規(guī)范與ICD文件定義解析插件的消息結(jié)構(gòu)。

（1）利用Wireshark提供的proto.new聲明一個(gè)新的協(xié)議。

（2）使用proto.dissector聲明一個(gè)解析器函數(shù)。

（3）在ProtoField協(xié)議字段中結(jié)合ICD定義消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

（4）將生成的Dissector解析器添加到Wireshark的UDP port的解析器列表中。

（5）將lua寫成的插件文件添加到Wireshark的啟動(dòng)初始程序init.lua中。

啟動(dòng)Wireshark后，即可看到捕獲的數(shù)據(jù)不再是顯示成了枯燥的0和1，而是根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義解析成立False和True。在某型飛機(jī)系統(tǒng)集成試驗(yàn)中，該解析器順利獲取了各項(xiàng)工程值。

3 結(jié)語

該文提出了一種基于Wireshark的Arinc664解析插件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)載Arinc664數(shù)據(jù)的工程值解析，便攜、方便地呈現(xiàn)工程值，應(yīng)用性較強(qiáng)?；谠撐奶岢龅乃悸?，后續(xù)可通過程序自動(dòng)將ICD的XML文件批量生成全機(jī)的解析器，可以實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的解析。

參考文獻(xiàn)

[1] 賈世偉，白楊，何向棟.AFDX實(shí)時(shí)捕獲板塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[C]//全國抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)第二十三屆學(xué)術(shù)年會(huì).2013.

[2] 鐘杰，何民.AFDX架構(gòu)及協(xié)議分析[J].電訊技術(shù)，2010（1）：65-71.