基于PowerPC架構(gòu)VxWorks平臺的RDC仿真器設(shè)計

王凱 崔海青 李伯寧

摘 ?要： 航空電子系統(tǒng)是民航客機的重要組成部分，遠程數(shù)據(jù)集中器對航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)起到至關(guān)重要的作用。文中設(shè)計的遠程數(shù)據(jù)集中器基于PowerPC架構(gòu)VxWorks平臺，通過編寫程序和配置板級支持包，完成遠程數(shù)據(jù)集中器的設(shè)計。主要功能是對航電系統(tǒng)中的AFDX總線數(shù)據(jù)、ARINC429總線數(shù)據(jù)和離散量實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。首先，對VxWorks系統(tǒng)、MPC8270硬件平臺和航空總線數(shù)據(jù)進行研究;其次，搭建遠程數(shù)據(jù)集中器設(shè)計框架，并進行模塊化設(shè)計與實現(xiàn);最后，對設(shè)計的遠程數(shù)據(jù)集中器進行測試，完成預期功能。

關(guān)鍵詞： 航空電子系統(tǒng); 遠程數(shù)據(jù)集中器; VxWorks; PowerPC; 板級支持包; 總線數(shù)據(jù)

中圖分類號： TN919?34; TP391.9; V243.1 ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）12?0090?04

Abstract： The avionics system is an important constituent part of the civil aviation passenger aircraft， and the remote data concentrator plays a crucial role in data processing and forwarding of the avionics system. Therefore， a remote data concentrator based on the PowerPC architecture and VxWorks platform is designed in this paper. The design of the remote data concentrator is completed by compiling the program and configuring the board?level support package. The main function of the remote data concentrator is to realize mutual conversions among AFDX bus data， ARINC429 bus data and discrete quantity of the avionics system. The VxWorks system， MPC8270 hardware platform and aviation bus data are studied. The design framework of the remote data concentrator is built， so as to conduct the modular design and implementation of the remote data concentrator. The designed remote data concentrator is tested to complete the intended functions.

Keywords： avionics system; remote data concentrator; VxWorks; PowerPC; board?level support packet; bus data

0 ?引 ?言

現(xiàn)代航空器中的數(shù)據(jù)傳輸需要滿足快速、有效的特性。在航空電子系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線負責各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要包括AFDX總線數(shù)據(jù)、ARINC429總線數(shù)據(jù)、CAN總線數(shù)據(jù)和離散量數(shù)據(jù)，機載遠程數(shù)據(jù)集中器（Remote Data Concentrator）的主要功能是完成多種數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和準確性[1]?；谶@樣的背景，本文設(shè)計一個簡易的遠程數(shù)據(jù)集中器，主要實現(xiàn)AFDX總線數(shù)據(jù)[2]、ARINC429總線數(shù)據(jù)和高低電平形式的離散量數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換[3]。本文主要研究內(nèi)容包括實現(xiàn)ARINC429總線數(shù)據(jù)與AFDX總線數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換;實現(xiàn)AFDX總線數(shù)據(jù)與離散量數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。

1 ?RDC的設(shè)計

1.1 ?RDC介紹

遠程數(shù)據(jù)集中器，通常作為飛機上的大多數(shù)航空電子設(shè)備的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，負責航空電子設(shè)備的相互交聯(lián)。在現(xiàn)代民航客機上，航空電子系統(tǒng)中主干數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一般使用AFDX總線，而各個子系統(tǒng)中仍然使用ARINC429總線、離散信號和CAN總線。RDC的主要功能是完成AFDX與其他總線之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[4]。RDC的功能圖如圖1所示。

圖1 ?RDC的功能圖

遠程數(shù)據(jù)集中器一方面通過AFDX總線連入主干網(wǎng)絡(luò)，各個RDC通過AFDX交換機進行通信;另一方面，RDC通過ARINC429總線與各個航線可更換組件連接[5]。因此，RDC應(yīng)具備以下功能：

1） 數(shù)據(jù)處理功能。RDC是AFDX總線和ARINC429總線數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的中轉(zhuǎn)站，所以RDC應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)兩種總線數(shù)據(jù)協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換。

2） 硬件接口。RDC必須具備符合航空規(guī)范的ARINC429總線接口和AFDX總線接口，為兩種數(shù)據(jù)的輸入提供必要的硬件支持。

3） 網(wǎng)關(guān)功能。RDC在多種總線數(shù)據(jù)中起到網(wǎng)關(guān)的作用，能夠進行數(shù)據(jù)通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換[5]。

本文設(shè)計的RDC以完成ARINC429數(shù)據(jù)及離散量數(shù)據(jù)與航空電子設(shè)備全雙工交換以太網(wǎng)（AFDX）信息之間的相互轉(zhuǎn)換，支持16路ARINC429數(shù)據(jù)的收發(fā)以及64路離散量的輸入、輸出[6]。

1.2 ?RDC設(shè)計框架

RDC整體框架如圖2所示，其中板卡初始化檢測、自檢和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換均由Wind River Workbench編程實現(xiàn)，編譯成功后下載至MPC8270硬件平臺，該硬件平臺為RDC提供網(wǎng)線接口、DP78接口和SCSI68接口，為AFDX和ARINC429板卡提供驅(qū)動、收發(fā)測試和自檢，同時能夠支持離散量的輸入/輸出。

圖2 ?RDC設(shè)計框架

圖3 ?RDC啟動流程

1.2.1 ?RDC啟動準備工作

1） 讀取相關(guān)配置文件。PowerPC開始工作前，需要對組件進行上電，讀取與組件的相關(guān)配置文件，保證主板能夠正常工作[7]。配置的主要內(nèi)容包括：ARINC429總線數(shù)據(jù)的收發(fā)使能、AFDX總線數(shù)據(jù)的收發(fā)使能、離散量的收發(fā)使能、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使能和規(guī)定系統(tǒng)周期等[8]。

2） 組件的檢測與初始化。對ARINC429和AFDX板卡進行檢測與初始化，如果某一板卡無法工作，將顯示該板卡失效。

3） 開啟數(shù)據(jù)通道。RDC的數(shù)據(jù)通道如圖4所示，其中包括ARINC429總線與AFDX總線的數(shù)據(jù)收發(fā)通道、AFDX總線與離散量的收發(fā)通道，在RDC工作前要對這些通道進行開啟，確保數(shù)據(jù)的暢通。

圖4 ?RDC的數(shù)據(jù)通道

1.2.2 ?RDC的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

1） AFDX到ARINC429數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

AFDX到ARINC429數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分的主要功能是將RDC收到來自AFDX板卡的AFDX數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為符合ARINC429協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，然后輸出給航線可更換組件 [9]，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 ?AFDX數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ARINC429數(shù)據(jù)

AFDX到ARINC429數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分采用模塊化設(shè)計，可劃分為以下模塊：

AFDX數(shù)據(jù)接收模塊。用于接收AFDX數(shù)據(jù)幀，判斷接收到的數(shù)據(jù)幀是否完整，然后對接收到的AFDX數(shù)據(jù)進行解碼，得到數(shù)據(jù)的IP、對應(yīng)的航空電子信息等內(nèi)容，存儲到數(shù)據(jù)緩沖模塊。

AFDX數(shù)據(jù)緩沖模塊。存儲AFDX數(shù)據(jù)解碼的相關(guān)信息，把數(shù)據(jù)編碼成符合ARINC429協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，同時為數(shù)據(jù)分配發(fā)送的通道。

ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。確定發(fā)送速率、發(fā)送模式等信息，把編碼完成的ARINC429數(shù)據(jù)幀按照對應(yīng)通道發(fā)送至航線可更換組件。

2） ARINC429到AFDX數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

ARINC429到AFDX數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分的主要功能是將RDC收到的ARINC429數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為符合AFDX總線協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，然后輸出至航空電子仿真系統(tǒng)，每個ARINC429數(shù)據(jù)幀對應(yīng)一個AFDX數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 ?ARINC429數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為AFDX數(shù)據(jù)

ARINC429到AFDX數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分可劃分為以下模塊：

ARINC429數(shù)據(jù)接收模塊。用于接收ARINC429數(shù)據(jù)幀，判斷接收到的數(shù)據(jù)幀是否完整，然后對接收到的ARINC429數(shù)據(jù)進行解碼，得到數(shù)據(jù)、源/目的識別碼等信息，存儲到數(shù)據(jù)緩沖模塊。

ARINC429數(shù)據(jù)緩沖模塊。存儲ARINC429數(shù)據(jù)解碼得到的相關(guān)信息，然后對數(shù)據(jù)進行編碼，封裝成符合AFDX總線協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，同時為數(shù)據(jù)分配發(fā)送通道。

AFDX數(shù)據(jù)發(fā)送模塊：確定發(fā)送速率、發(fā)送模式等信息，把編碼完成的符合AFDX總線協(xié)議的數(shù)據(jù)幀按照對應(yīng)通道發(fā)送至航空電子仿真系統(tǒng)。

3） AFDX數(shù)據(jù)與離散量的轉(zhuǎn)換

AFDX數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高低電平形式的離散量，是將數(shù)字形式的十六進制AFDX數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為高低電平，每4個電平對應(yīng)AFDX數(shù)據(jù)的一個字節(jié)。

1.2.3 ?板級支持包（BSP）的配置