基于B/S架構(gòu)的便攜式航空總線測試儀設(shè)計(jì)

李可純，王彥翔，崔海青

（1.天津市普迅電力信息技術(shù)有限公司，天津 300000；2.中國民航大學(xué)，天津 300000）

0 引 言

ARINC429總線規(guī)范是美國航空電子工程委員會于20世紀(jì)90年代提出的，規(guī)范羅列了航空電子設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)之間數(shù)字信息傳輸?shù)囊?。在?dāng)前的航空工業(yè)中，ARINC429總線規(guī)范的應(yīng)用范圍十分廣泛，尤其在現(xiàn)代民用飛機(jī)上，幾乎所有知名度較高的民用飛機(jī)都采用了ARINC429總線規(guī)范，包括空客A320/A310，A330/A340，波音B727、B737、B747、B757、B767，我國大型國產(chǎn)客機(jī)同樣采用了ARINC429總線規(guī)范。

1 測試儀設(shè)計(jì)原理

1.1 ARINC429總線規(guī)范

ARINC429總線是一種串行標(biāo)準(zhǔn)總線，是面向接口的單向廣播式傳輸總線，該總線只有一個(gè)發(fā)送器，但允許有至多20個(gè)接收器?？偩€以差動輸出的對稱平衡方式工作，采用雙絞屏蔽線異步傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)，通過標(biāo)志碼區(qū)分設(shè)備和信號名稱。ARINC429總線通信的關(guān)鍵組件是接口卡，其接口卡的設(shè)計(jì)有2個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：第一，如何方便地連接實(shí)現(xiàn)發(fā)收模塊，需要分析比較所有可能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇其中最經(jīng)濟(jì)、有效的連接拓?fù)?。第二，如何保證發(fā)收數(shù)據(jù)的高效率發(fā)送和正確無丟失接收，一般需要采用FIFO緩存和中斷相結(jié)合的方式處理。

1.2 ARINC429總線數(shù)據(jù)規(guī)范解析

ARINC429總線通信通過帶有奇偶校驗(yàn)的32位信息字進(jìn)行，采用雙極性歸零碼三態(tài)調(diào)制編碼方式，調(diào)制信號有3個(gè)狀態(tài)，分別是高、零、低。圖1為雙極性歸零碼波形。

圖1 雙極性歸零碼

ARINC429總線協(xié)議是簡單的點(diǎn)對點(diǎn)串行傳輸協(xié)議，基本數(shù)據(jù)單元為32位數(shù)據(jù)字，包含5個(gè)部分，分別為P：奇偶校驗(yàn)位；SSM：符號/狀態(tài)位；DATA：數(shù)據(jù)位；SDI：源/目的識別位；LABLE：標(biāo)號。LABLE是信息識別符，用以識別信息類型。ARINC429的標(biāo)準(zhǔn)速率有高速模式和低速模式，分別是 100 Kb/s和 12.5 Kb/s。圖 2 為 ARINC429 格式。

圖2 ARINC429基本格式

1.3 B/S架構(gòu)

我們所使用的B/S架構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中屬于對瀏覽器服務(wù)模型的建構(gòu)，該框架模型是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用下而產(chǎn)生的，在實(shí)際應(yīng)用中，也可以將B/S框架看作是對C/S架構(gòu)的發(fā)展和完善。在此框架下進(jìn)行的相關(guān)操作，要求后臺運(yùn)行人員必須通過Web頁面進(jìn)行，并通過登錄瀏覽器實(shí)現(xiàn)授權(quán)。在B/S架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)上分布著各類節(jié)點(diǎn)，這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以分為瀏覽器端、服務(wù)器端和中間件，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的交互成為完成系統(tǒng)各項(xiàng)功能任務(wù)的關(guān)鍵。得益于B/S架構(gòu)的分布特征，其框架下的應(yīng)用程序具有開發(fā)簡單、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且在共享性和維護(hù)性方面也具備一定優(yōu)勢。B/S架構(gòu)的優(yōu)勢不僅于此，由于B/S架構(gòu)內(nèi)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)會存放于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，客戶端并不保存任務(wù)業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)，因此在數(shù)據(jù)安全方面也有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

2 測試儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

測試儀的主要硬件構(gòu)成是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)字協(xié)議轉(zhuǎn)換的電路板，將符合串口通信規(guī)范的數(shù)據(jù)字轉(zhuǎn)換成ARINC429規(guī)范數(shù)據(jù)字。電路板可選擇USB接口或TTL串口，USB接口在PC端的顯示為CH340串口，有2條通道，一路為發(fā)送通道，一路為接收通道。電路板指示燈有3個(gè)顏色，分別為藍(lán)、綠、紅，分別代指速率高低、發(fā)送狀態(tài)及接收狀態(tài)。USB接口選用TypeC規(guī)范接口。圖3為硬件實(shí)物。

圖3 硬件實(shí)物

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本文的軟件設(shè)計(jì)主要包括2個(gè)部分，一是基于B/S架構(gòu)的航空總線測試儀的用戶頁面及航線可更換單元（Line Replaceable Unit, LRU）頁面部分，二是用來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的后臺通信接口程序。

2.2.1 用戶頁面及LRU頁面

用戶頁面的作用與傳統(tǒng)航空總線測試儀相同，為用戶提供操作數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的平臺。LRU頁面主要用于模擬LRU功能并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于LRU范圍很廣，并具備不同功能，因此LRU頁面也可對應(yīng)開發(fā)多套，本文以常用組件ADF為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

網(wǎng)頁版用戶頁面和LRU頁面通過HTML5編寫，利用HTML5所編寫的程序可以通過瀏覽器在移動設(shè)備中隨時(shí)隨地打開，并通過IP地址訪問網(wǎng)頁，也可以通過特定的IP和編寫的后臺通信接口服務(wù)程序相互通信，發(fā)送或接收信息。此種方式可以達(dá)到分離儀器設(shè)備控制端與信號輸出端的效果，且無場地限制，可以適應(yīng)多種工作環(huán)境。同時(shí)，根據(jù)需要可以通過后臺通信接口程序?qū)W(wǎng)頁的接收、發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，對LRU頁面發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試等。圖4為用戶頁面，圖5為LRU頁面。

圖4 用戶頁面

圖5 LRU頁面

2.2.2 后臺通信接口服務(wù)程序

后臺通信接口程序采用C語言編寫，主要功能是通過程序?qū)⒕W(wǎng)頁端數(shù)據(jù)字傳輸至數(shù)據(jù)字協(xié)議轉(zhuǎn)換電路板，并接收電路板數(shù)據(jù)，即起到底層通信的作用。用戶通過輸入端口序號和服務(wù)端口號進(jìn)行設(shè)備鏈接。后臺接口程序在接收到從網(wǎng)頁傳輸來的字符串后，首先將這些信息保存至本地，再將字符串依據(jù)429數(shù)據(jù)字格式進(jìn)行解碼，并計(jì)算出標(biāo)號位、奇偶校驗(yàn)位，狀態(tài)位、源/目的識別位等信息，有效數(shù)據(jù)按照BCD或BNR的方式解碼。同樣，接口程序也可完成標(biāo)準(zhǔn)429數(shù)據(jù)字轉(zhuǎn)換為字符串的操作，并進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳遞。

3 測試與分析

3.1 測試方法

航空總線測試儀整體測試需要通過軟硬件結(jié)合的方式進(jìn)行。首先檢查網(wǎng)頁頁面的結(jié)構(gòu)和按鈕功能性，然后測試移動端和頁面之間的接口協(xié)議，檢查服務(wù)器端口連接，確定接口程序能否與端口相互連接。當(dāng)確認(rèn)所有軟件都能互相通信后，進(jìn)行硬件連接，選擇與后臺通信服務(wù)程序相對應(yīng)的端口，測試429數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路板能否接收到數(shù)據(jù)或者發(fā)送給瀏覽器的數(shù)據(jù)是否可以正常顯示，接收到的數(shù)據(jù)以及發(fā)送的數(shù)據(jù)是否能夠按照后臺通信接口程序要求在對應(yīng)的窗口正常顯示。

3.2 通信測試

通信測試是檢查航空總線測試儀能否正常工作的核心內(nèi)容。將網(wǎng)頁內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)送至429轉(zhuǎn)換電路板，建立與后臺通信接口程序之間的通信，即測試移動端頁面與硬件之間的交互情況以及它們之間的數(shù)據(jù)通信。圖6為多行接收數(shù)據(jù)測試。圖中左側(cè)為有效發(fā)送數(shù)據(jù)，右側(cè)為有效接收數(shù)據(jù)，發(fā)送頻率為 200 ms/次。

圖6 多行數(shù)據(jù)接收

測試表明，移動端和后臺通信接口程序的通信正常，可以通過接口程序向429數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換電路板傳輸正確的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。圖7所示為硬件電路板發(fā)送數(shù)據(jù)測試，經(jīng)過后臺通信接口程序的轉(zhuǎn)換，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)據(jù)顯示在移動端。

圖7 數(shù)據(jù)發(fā)送

4 結(jié) 語

本文詳細(xì)分析了ARINC429規(guī)范，并基于C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)了一種便攜式航空總線測試儀，通過HTML搭建了用戶頁面和LRU頁面，實(shí)現(xiàn)了航空總線測試儀控制端與信號輸出端的分離，將局限于固定空間的傳統(tǒng)測試儀改進(jìn)成可以在實(shí)驗(yàn)室、車間、內(nèi)場等不同工作環(huán)境使用的儀器，同時(shí)也可以通過開發(fā)配套LRU頁面實(shí)現(xiàn)航空總線測試儀的通用。