基于關(guān)聯(lián)ID的試飛FC總線ICD優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

王建軍，彭國金,劉婷

(中國飛行試驗(yàn)研究院，西安　710089)

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基于關(guān)聯(lián)ID的試飛FC總線ICD優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

(中國飛行試驗(yàn)研究院，西安710089)

為實(shí)現(xiàn)飛行試驗(yàn)航電總線FC數(shù)據(jù)海量ICD信息庫的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從飛機(jī)航電總線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫表中提取飛行試驗(yàn)FC總線數(shù)據(jù)分析所需的ICD信息，在關(guān)鍵的算法方面提出了解決方法；分析了新一代光纖通道航電總線FC的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及飛行試驗(yàn)傳統(tǒng)航電總線ICD庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，針對新形勢下的海量飛機(jī)設(shè)計(jì)航電總線FC的ICD信息的多重復(fù)雜結(jié)構(gòu)，借鑒了飛行試驗(yàn)傳統(tǒng)航電總線ICD庫設(shè)計(jì)思想中成熟的四層結(jié)構(gòu)技術(shù)，設(shè)計(jì)了飛行試驗(yàn)海量FC總線關(guān)聯(lián)ID的ICD庫設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了飛行試驗(yàn)FC總線海量ICD信息的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后在某試驗(yàn)機(jī)航電系統(tǒng)飛行試驗(yàn)中進(jìn)行了應(yīng)用，試驗(yàn)表明FC總線ICD優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)滿足海量FC數(shù)據(jù)的高效數(shù)據(jù)處理的需求。

飛行試驗(yàn);ICD文件; 多重結(jié)構(gòu)；關(guān)聯(lián)ID

0　引言

隨著現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，在航空總線技術(shù)上網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的航空總線，光纖通道總線FC正逐步應(yīng)用于現(xiàn)代飛機(jī)，F(xiàn)C總線在速度、通信方式、信息類型等方面相較于傳統(tǒng)的1553B總線都有很大的提升，其傳輸速度高度2 Gb/s，總線傳輸速率有了極大的提高，是傳統(tǒng)航電總線1533B的2 000倍。

飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息數(shù)據(jù)庫即飛機(jī)航電系統(tǒng)接口信息控制數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫描述了航電總線系統(tǒng)中各航電子系統(tǒng)發(fā)送和接收的所有消息塊信息。各航電子系統(tǒng)的ICD在同一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下設(shè)計(jì)，并最終由飛機(jī)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行集成為一個(gè)統(tǒng)一的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息數(shù)據(jù)庫。對飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理而言，從龐雜的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息數(shù)據(jù)庫中獲得試驗(yàn)機(jī)的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理所需的相關(guān)ICD信息，并對該ICD信息進(jìn)行分析和歸納，使之成為適合飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理需要的ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息，ICD試飛數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)會(huì)對后期的試飛FC總線數(shù)據(jù)分析有著重要的作用，特別是在海量試飛FC數(shù)據(jù)的高效處理方面，這些ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息是飛行試驗(yàn)[1]對航電總線各消息塊進(jìn)行解析、處理的依據(jù)。因此，ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息的分析和管理是飛行試驗(yàn)航電總線數(shù)據(jù)處理的重要依據(jù)，ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)也是飛行試驗(yàn)航電總線數(shù)據(jù)處理的重要內(nèi)容之一。

在傳統(tǒng)的1553B航電總線中，受傳輸速率和總線標(biāo)準(zhǔn)的限制，ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息由飛機(jī)設(shè)計(jì)單位直接歸納并提供，且僅有幾千條，隨著新一代航電總線FC[2-3]技術(shù)的應(yīng)用推廣，無論是傳輸速率，還是信息類型都有了根本性的變化，隨之而來的是,ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息也由幾千條激增至數(shù)萬條，甚至高達(dá)數(shù)十萬條。傳統(tǒng)的ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代飛行試驗(yàn)總線數(shù)據(jù)處理的需求，海量的FC總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息優(yōu)化設(shè)計(jì)成為新形勢下飛行試驗(yàn)必須解決的實(shí)際問題。

1　傳統(tǒng)航電總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)

1.1傳統(tǒng)航電總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息特點(diǎn)

1553B總線技術(shù)在我國航空產(chǎn)品中的廣泛使用，每個(gè)總線數(shù)據(jù)字由20位組成，受傳輸速率小于1Mbps的限制，終端數(shù)和每個(gè)終端的消息數(shù)均有限，同時(shí)每個(gè)消息最多只有32個(gè)信號(hào)，每個(gè)信號(hào)最多只有32個(gè)元素，故1553B航點(diǎn)總線的ICD信息量最多僅幾千條。

圖1　傳統(tǒng)總線ICD結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)1553B總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息具有如下特點(diǎn)：

1)采用了四層結(jié)構(gòu)：消息、信號(hào)、元素、字段，如圖1所示，其結(jié)構(gòu)清晰，成為傳統(tǒng)航電總線飛行試驗(yàn)的ICD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

2) 受傳輸速率及協(xié)議的限制，一個(gè)試驗(yàn)飛機(jī)僅包含ICD信息為幾千條；

3)一般采用表格的文件方式進(jìn)行傳遞。

1.2傳統(tǒng)航電總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的1553B航電總線中，一般設(shè)計(jì)單位提供的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息文件都是比較零散的，其ICD結(jié)構(gòu)也較為簡單，試飛數(shù)據(jù)處理工程師通過簡單溝通就可以明白其結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，通過試飛數(shù)據(jù)處理工程師人工查看，就可以進(jìn)行分析處理，并最終在1553B總線數(shù)據(jù)處理軟件中，對飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD 信息按照子系統(tǒng)(RT)進(jìn)行了整理，每個(gè)RT建立一套單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫表(共5個(gè)表)，各表通過關(guān)鍵字段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過這種結(jié)構(gòu)就可以完成航電總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。同時(shí)，為了能有效的對這些ICD信息進(jìn)行管理和組織，一般對其進(jìn)行人工整理，可以滿足飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理[4-7]需求。

2　FC航電總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)新思路

2.1FC總線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

新型航電總線FC協(xié)議的基本單元，數(shù)據(jù)負(fù)載長度即消息長度從0～2 112字節(jié)，如圖2所示。相對于傳統(tǒng)航電總線1553B每條消息最多只有32個(gè)信號(hào)，新形勢下的FC總線消息最多可以有528個(gè)信號(hào)，故FC總線的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息也相應(yīng)成數(shù)百倍增長，飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD數(shù)據(jù)庫信息的結(jié)構(gòu)也就更為復(fù)雜。

SOF幀頭數(shù)據(jù)字段(2112字節(jié))CRCEOF

圖2FC總線幀結(jié)構(gòu)

2.2FC總線飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息特點(diǎn)

由于FC總線飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息高達(dá)數(shù)萬條，主機(jī)所采用了可擴(kuò)展置標(biāo)語言XML，和傳統(tǒng)總線飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD結(jié)構(gòu)有了不同，在傳統(tǒng)航電總線結(jié)構(gòu)中的信號(hào)這塊，F(xiàn)C總線的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD設(shè)計(jì)采用了信號(hào)嵌套子信號(hào)，子信號(hào)嵌套子信號(hào)的模式，信號(hào)這一層結(jié)構(gòu)有了更本性的變化，同時(shí)更加復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　FC總線ICD結(jié)構(gòu)

FC總線飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息管理具有如下特點(diǎn)：

1) 具有數(shù)十層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

2) 一個(gè)試驗(yàn)飛機(jī)包含ICD信息為數(shù)萬條；

3)一般采用可擴(kuò)展置標(biāo)語言XML方式進(jìn)行傳遞。

在飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD中，一個(gè)FC總線消息下可以包括N多個(gè)信號(hào)，一個(gè)信號(hào)下可以包括N多個(gè)子信號(hào)，而一個(gè)子信號(hào)下又可以包括N多個(gè)子信號(hào)，子信號(hào)可以不停嵌套子信號(hào)，最后每個(gè)子信號(hào)可以包括N多個(gè)元素。相較于傳統(tǒng)航電總線的四層結(jié)構(gòu)，F(xiàn)C總線飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就變得更為復(fù)雜，從理論上來說，層級(jí)可以高達(dá)數(shù)百層，傳統(tǒng)的飛行試驗(yàn)航電總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方式已經(jīng)不能對海量FC總線ICD信息進(jìn)行有效的管理，必須采用新的設(shè)計(jì)方法對新形勢下海量FC總線飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息進(jìn)行分析，以獲得滿足飛行試驗(yàn)總線高效總線數(shù)據(jù)分析的總線試飛ICD信息，以及設(shè)計(jì)合理的航電總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫。

2.3海量FC總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)新思路

傳統(tǒng)的航電總線ICD設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足FC總線飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的需求，同時(shí)ICD信息的合理組織管理是實(shí)現(xiàn)飛行試驗(yàn)海量航電總線數(shù)據(jù)高效分析的前提。為試飛工程師更好地理解、查詢、瀏覽FC總線ICD帶來便捷，同時(shí)也為海量飛行試驗(yàn)FC總線數(shù)據(jù)處理打下基礎(chǔ)，針對FC總線飛機(jī)設(shè)計(jì)的ICD信息結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析FC總線ICD信息的關(guān)聯(lián)性，并將之歸納為傳統(tǒng)的飛行試驗(yàn)總線四層結(jié)構(gòu)。

3　基于關(guān)聯(lián)ID的試飛ICD數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

3.1FC總線的試飛ICD數(shù)據(jù)庫傳統(tǒng)四層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對比傳統(tǒng)航電總線的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息結(jié)構(gòu)和FC總線的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息結(jié)構(gòu)，我們可以看到，F(xiàn)C的ICD信息的消息、元素、字段均和傳統(tǒng)航電總線ICD信息一致，僅在信號(hào)這一部分有差別。為了合理組織管理FC總線的ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息，同時(shí)對軟件設(shè)計(jì)來說，四層結(jié)構(gòu)對數(shù)據(jù)處理效率提升也具有幫助。針對FC總線飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD子信號(hào)塊進(jìn)行分析，將多層子信號(hào)及其包含的元素歸納成相應(yīng)的多個(gè)三級(jí)元素即可實(shí)現(xiàn)ICD試飛數(shù)據(jù)庫信息的四層管理架構(gòu)。

對FC總線的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD信息中的信號(hào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，信號(hào)和子信號(hào)之間具有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，如圖3所示:

1)消息包含N個(gè)信號(hào)，為了便于試飛工程師對信號(hào)的處理和分析，所以這兩層不做更改，即第一層為消息，第二層為該消息包含的信號(hào)；

2)其中信號(hào)M包含J個(gè)子信號(hào)，其中子信號(hào)K1包含P個(gè)子信號(hào)，以此一層一層包含，直到最后包含到元素，即第三層為多層子信號(hào)及其元素；

3)第四層即為各元素的字段定義。

3.2試飛ICD數(shù)據(jù)庫子信號(hào)關(guān)聯(lián)ID設(shè)計(jì)

以圖3為例，對信號(hào)M，假設(shè)它的信號(hào)ID為SigalID，對該信號(hào)中的子信號(hào)及元素進(jìn)行分析、歸納：

1)信號(hào)M分解為子信號(hào)M1，……，子信號(hào)MJ,以此按層級(jí)結(jié)構(gòu)分解到最后元素層，元素依次被標(biāo)記元素ID為SigalID00X，其中X為遞增變量，一個(gè)元素ID代表了信號(hào)M中的一個(gè)具體的元素；

2)經(jīng)過分解后，以元素層的元素為對象，即信號(hào)M最終包含了眾多的元素，分解后的ICD結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　關(guān)聯(lián)ID的信號(hào)結(jié)構(gòu)

3)通過以上步驟我們即把多層ICD結(jié)構(gòu)通過關(guān)聯(lián)ID歸納為傳統(tǒng)的四層結(jié)構(gòu)。

3.3試飛ICD數(shù)據(jù)庫子信號(hào)關(guān)鍵信息關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

在我們將多層子信號(hào)歸納為元素級(jí)之后，子信號(hào)和子信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)信息，以及子信號(hào)和元素之間的關(guān)聯(lián)信息在結(jié)構(gòu)上沒有了，但是我們還關(guān)心這些信息，對此，我們在元素的名稱和元素標(biāo)識(shí)符命名中將這些信息進(jìn)行歸納，如圖4所示：

1)假設(shè)元素1的名稱為EleName1，元素1和信號(hào)M之間有K個(gè)子信號(hào)，子信號(hào)的名稱依次為SigleNameK，那么該元素歸納后的名稱被重新命名為：SigleName1_ SigleName2_ …_ EleName1;

2)假設(shè)元素1的標(biāo)識(shí)符為EleBID1，元素1和信號(hào)M之間有K個(gè)子信號(hào)，子信號(hào)的標(biāo)識(shí)符依次為SigleBIDK，那么該元素歸納后的標(biāo)識(shí)符被重新命名為：SigleBID1_ SigleBID2_ …_ EleBID1。

通過元素名稱和標(biāo)識(shí)符，我們就可以知道元素的子信號(hào)層級(jí)關(guān)系。

對元素在信號(hào)M中的位置信息Ele_offset也是我們最為關(guān)心的信息，假設(shè)元素1的在最后的子信號(hào)中的位置為offset1，元素1和信號(hào)M之間有K個(gè)子信號(hào)，我們在子信號(hào)的層級(jí)關(guān)系中，可以知道每一層子信號(hào)在上一次子信號(hào)中的位置offsetK，那么元素1歸納后在信號(hào)M中的位置MEle_offset應(yīng)該為：

其中:t為變量，從1到K。

4　飛行試驗(yàn)應(yīng)用與測試

通過關(guān)聯(lián)ID的試飛FC總線ICD優(yōu)化設(shè)計(jì),完成了對龐雜飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD數(shù)據(jù)庫提取飛行試驗(yàn)航電總線數(shù)據(jù)處理所需的試飛ICD總線信息，并采用了四次傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，使用C++語言開發(fā)了FC總線數(shù)據(jù)ICD管理軟件。在某試驗(yàn)機(jī)上，在飛機(jī)的航電系統(tǒng)總線構(gòu)架技術(shù)上采用了FC航電總線技術(shù)取代傳統(tǒng)的1553B總線技術(shù)，試驗(yàn)機(jī)各任務(wù)航電子系統(tǒng)通過FC通信交換機(jī)進(jìn)行任務(wù)消息傳遞及通信。應(yīng)用該軟件對該試驗(yàn)機(jī)測試的FC總線數(shù)據(jù)ICD信息進(jìn)行管理，也為FC總線數(shù)據(jù)處理直接提供數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)服務(wù)，結(jié)合FC數(shù)據(jù)處理軟件對試驗(yàn)機(jī)[8]總線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5　某試驗(yàn)機(jī)FC總線氣壓高度參數(shù)計(jì)算結(jié)果

分析結(jié)果表明：采用關(guān)聯(lián)ID的ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)算法正確，數(shù)據(jù)結(jié)果處理準(zhǔn)確。

基于以上算法開發(fā)的飛行試驗(yàn)FC數(shù)據(jù)ICD數(shù)據(jù)庫軟件已在多個(gè)試驗(yàn)機(jī)飛行試驗(yàn)中推廣使用。

5　結(jié)束語

本文對航電總線的飛機(jī)設(shè)計(jì)及飛行試驗(yàn)ICD信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，介紹了傳統(tǒng)的航電總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)，對新型航電總線FC的飛機(jī)設(shè)計(jì)ICD結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)合傳統(tǒng)的航電總線試飛數(shù)據(jù)庫信息四層結(jié)構(gòu)，提出了基于關(guān)聯(lián)ID的海量ICD試飛數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的新方法及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，最后設(shè)計(jì)完成了FC總線ICD試飛數(shù)據(jù)庫軟件，結(jié)合FC數(shù)據(jù)處理軟件對飛行試驗(yàn)中采集的FC數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，使用這些算法的ICD試飛數(shù)據(jù)庫軟件滿足了飛行試驗(yàn)海量FC總線數(shù)據(jù)處理的需求。

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Flight Test FC Bus ICD Optimization Design Technology Research Based on Correlation ID

Wang Jianjun,Peng Guojin, Liu Manting

(Chinese Flight Establishment of AVIC, Xi’an710089, China)

In order to realize the reasonable organization and optimization design of the flight test FC ICD information, extracting the ICD information from the flight test data analysis of the FC bus in the database table of aircraft design, the key algorithms are proposed in this paper. we analyze the data structure of the ICD information of the new generation optical fiber channel FC, and the structure of the traditional bus ICD information, In view of the multiple structure of FC bus ICD, drawing on the mature technology of the four layer structure of the traditional bus ICD,FC bus correlation ID ICD information optimization design technology is designed, The reasonable organization and management of the FC bus ICD information is realized, In the end, it was used in the flight test of a test machine, which satisfies the requirement of the high efficient data processing of the massive FC data.

flight test; interface control file; multiple structure; correlation ID

2015-10-27；

2015-11-20。

國防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目(A0520132031);十二五航空支撐技術(shù)項(xiàng)目(61901090304)。

王建軍(1971-)，男，陜西楊凌人，碩士，研究員，主要從事研究試飛測試與數(shù)據(jù)分析技術(shù)方向的研究。

1671-4598(2016)01-0317-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.01.088

TP319

A