基于ICD的機電總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件設(shè)計方法研究

摘要：為提高航空電子總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件的開發(fā)效率和可靠性，采用基于ICD配置文件的通用化處理流程，每一條ICD配置信息對應總線中的一個信號，利用ICD配置文件轉(zhuǎn)換工具對系統(tǒng)ICD進行預處理，設(shè)計了一種基于ICD的總線數(shù)據(jù)通用化處理方法，當用戶ICD配置文件發(fā)生變更時，只需修改相應配置文件，無須改動代碼，增強了軟件的適應性和通用性。

關(guān)鍵詞：總線；ICD配置；機電系統(tǒng)；嵌入式軟件

中圖分類號：TP319" 文獻標志碼：A" 文章編號：1671-0797（2023）07-0049-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.07.012

0" " 引言

機電綜合管理系統(tǒng)作為飛機的核心系統(tǒng)與飛機安全運行密切相關(guān)，其包含燃油系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、艙門系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等公共設(shè)備[1]。機電綜合管理系統(tǒng)涉及總線類型、信號管理類型眾多，機載軟件對總線的訪問十分頻繁，這將對硬件接口資源產(chǎn)生無序競爭，因此要求有統(tǒng)一的總線服務(wù)軟件來完成控制、告警、畫面頁信號的集成發(fā)送。

總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件作為機電核心處理機上的總線通信大總管，統(tǒng)一負責外部消息的收發(fā)，并向各個機電功能應用分區(qū)提供信號輸入/輸出服務(wù)。以往的總線服務(wù)分區(qū)軟件設(shè)計采用的是基于消息內(nèi)容的處理模式，需為每條消息配置專用通信端口并編寫發(fā)送和接收代碼，總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件代碼量高達數(shù)萬行，同時軟件與系統(tǒng)ICD緊耦合，當后期系統(tǒng)ICD發(fā)生變化，總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件也需要頻繁更新迭代，頻繁的軟件變更和聯(lián)試驗證，對人力資源的耗費很大，維護成本高[2]。

針對總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件的重要性和復雜性，為了解決傳統(tǒng)總線服務(wù)分區(qū)軟件開發(fā)和維護過程中出現(xiàn)的各種問題，本文設(shè)計了基于ICD的機電總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件，根據(jù)通信分區(qū)的不同對配置表進行邏輯劃分，提供為總線分區(qū)與同一分區(qū)通信消息自動生成統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體的功能，采用同一消息處理流程使軟件與系統(tǒng)ICD解耦，降低了軟件代碼規(guī)模，提高了總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件的可移植性與可維護性。

1" " 系統(tǒng)ICD文件預處理

接口控制文件（Interface Control Document，ICD）定義了飛機各系統(tǒng)之間交互的信號信息以及飛機各系統(tǒng)的控制、告警、顯示等信號，是飛機設(shè)計文件的重要組成部分，用于存儲外部設(shè)備與飛機各子系統(tǒng)分區(qū)進行交互的所有消息[3]。

通常系統(tǒng)ICD文件都是文本或表格的形式，無法直接以編程語言的形式被開發(fā)人員使用，因此需借助工具軟件將其轉(zhuǎn)化為頭文件，本文涉及兩個工具軟件：分區(qū)間通信結(jié)構(gòu)體生成工具與ICD結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)生成工具。

基于結(jié)構(gòu)化的思想，遍歷系統(tǒng)ICD文件通過分區(qū)間通信結(jié)構(gòu)體生成工具以分區(qū)為單位將其進行邏輯劃分，并將總線分區(qū)與各子系統(tǒng)功能分區(qū)之間交互的所有消息根據(jù)消息源及目的的不同存儲在不同的結(jié)構(gòu)體中，而對于源和目的分區(qū)相同的所有消息則提取出該分區(qū)與總線分區(qū)收發(fā)的所有消息的有效屬性，取并集作為統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體的屬性集合[4]。

總線分區(qū)發(fā)往功能分區(qū)的通信結(jié)構(gòu)體如下所示：

typedef union

{

struct

{

int control_signal_1；

int disp_signal_1；

int warning_signal_1；

...

int control_signal_n；

}IO_Partition1；

int buffer[n]；

}io_partition1；

功能分區(qū)發(fā)往總線分區(qū)的通信結(jié)構(gòu)體如下所示：

typedef union

{

struct

{

int control_signal_1；

int disp_signal_1；

int warning_signal_1；

...

int control_signal_n；

}Partition1_IO；

int buffer[n]；

}partition1_io；

將分區(qū)間通信結(jié)構(gòu)體與系統(tǒng)ICD作為ICD結(jié)構(gòu)體數(shù)組生成工具的輸入，將系統(tǒng)ICD轉(zhuǎn)換為頭文件形式，并在系統(tǒng)ICD的基礎(chǔ)上增加了兩個屬性：

（1）消息接收、發(fā)送緩沖區(qū)：用于存放對應物理信號的值。

（2）當前物理信號在對應分區(qū)間通信結(jié)構(gòu)體中的變量序號：用于在總線分區(qū)與功能分區(qū)之間傳輸對應的物理信號。

系統(tǒng)ICD文件預處理流程如圖1所示。

1394總線消息配置表在程序中的結(jié)構(gòu)體設(shè)計如下：

typedef struct

{

char Pathway_name[20]；//通道名稱

char Message_source[20]；//消息源

char Message_destination[20]；//消息目的

int Message_ID；//消息ID

int Message_length；//消息長度

int Message_refresh_period；//消息周期

int Message_transmission_type；//消息類型

int DataWord_offset；//數(shù)據(jù)字偏移量

char BusSignal_codename[50]；//信號名稱

int BusSignal_width；//單個信息的占位寬度

int BusSignal_lsb_position；//單個信息在其所在數(shù)據(jù)字中的起始位

int Partition_Mask；//分區(qū)掩碼

int * pBuffer；//指向接收/發(fā)送緩沖區(qū)

int index；//變量在分區(qū)間通信結(jié)構(gòu)體中的順序

}CfgTab；

2" " 軟件架構(gòu)與設(shè)計

總線分區(qū)和其他機電功能分區(qū)一樣都屬于應用分區(qū)，總線分區(qū)在機電核心處理機軟件架構(gòu)中所處位置如圖2所示。

總線分區(qū)包含初始化模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和健康管理模塊，如圖3所示。

初始化模塊包含配置信息加載，并根據(jù)加載的配置信息完成初始化資源創(chuàng)建，如緩沖區(qū)創(chuàng)建、初始化數(shù)據(jù)分發(fā)表等；通信模塊包括基于總線消息配置信息的外部設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)、基于機電功能分區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)布訂閱信息的核心機內(nèi)部數(shù)據(jù)收發(fā)，即接收外部設(shè)備數(shù)據(jù)并通過分區(qū)間通信端口將數(shù)據(jù)發(fā)送到機電功能分區(qū)，或接收機電功能分區(qū)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并調(diào)用總線服務(wù)接口向外部總線發(fā)送數(shù)據(jù)；分區(qū)間數(shù)據(jù)通信緩存管理使用操作系統(tǒng)的APEX接口和配置機制，總線分區(qū)與每個機電功能分區(qū)間分別配置4個端口，分別為隊列消息發(fā)送端口、隊列消息接收端口、采樣消息寫端口、采樣消息讀端口，交互的數(shù)據(jù)為該功能分區(qū)訂閱和發(fā)布的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊能夠支持基于機電功能分區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)布訂閱信息的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組包和解包，其對應總線分區(qū)中的兩個周期進程，即總線數(shù)據(jù)接收與總線數(shù)據(jù)發(fā)送；健康管理模塊包括平臺及應用健康狀態(tài)監(jiān)測、故障記錄及上報。

2.1" " 總線數(shù)據(jù)接收

如圖4所示，總線數(shù)據(jù)接收任務(wù)包含三部分：接收總線數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)拆包、發(fā)送給應用分區(qū)?？偩€分區(qū)在每一個任務(wù)周期通過調(diào)用總線接收接口完成所有外部總線數(shù)據(jù)的接收，若總線數(shù)據(jù)校驗正常則將總線數(shù)據(jù)保存至接收緩沖區(qū)中，若總線數(shù)據(jù)異常則進入異常處理分支；通過遍歷總線接收ICD將接收緩沖區(qū)中的總線數(shù)據(jù)按對應字對應位拆包后賦值給分區(qū)間通信結(jié)構(gòu)體，最后調(diào)用分區(qū)間通信服務(wù)將已拆包的總線數(shù)據(jù)發(fā)送至各個應用分區(qū)進行邏輯處理，分發(fā)過程不解析數(shù)據(jù)包內(nèi)容，若分區(qū)間通信異常，則進入異常處理分支上報異常。

2.2" " 總線數(shù)據(jù)發(fā)送

如圖5所示，總線數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)包含三部分：接收應用分區(qū)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)組包、發(fā)送至外部總線?？偩€分區(qū)在每一個任務(wù)周期首先通過調(diào)用分區(qū)間通信服務(wù)將經(jīng)應用分區(qū)邏輯處理后的數(shù)據(jù)接收至分區(qū)間通信結(jié)構(gòu)體中，然后根據(jù)總線發(fā)送ICD將發(fā)送緩沖區(qū)的對應位清零，再將屬于同一條消息的數(shù)據(jù)組包至對應的發(fā)送緩沖區(qū)中，最后調(diào)用總線發(fā)送接口將發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)同意發(fā)送至外部總線。

3" " 結(jié)語

本文提出了一種基于總線配置文件的總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件的設(shè)計方法，非常有效地解決了機電綜合處理系統(tǒng)總線信號種類繁多、應用程序設(shè)計困難的問題。同時這樣的軟件架構(gòu)靈活性非常好，當用戶的ICD文件需要變更時，只需利用預處理工具軟件重新生成頭文件即可，而程序一般不需要做出改動，實現(xiàn)了軟件與系統(tǒng)ICD解耦，并且這種統(tǒng)一的設(shè)計使程序很少出現(xiàn)細節(jié)上的錯誤，提高了軟件的可靠性。

[參考文獻]

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[2] 葉海明，周紹磊，王昆平.通用測試系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù)，2010，29（2）：54-57.

[3] 申鵬亮，翟正軍，周健.基于ICD的通用化航電測試軟件研究[J].測控技術(shù)，2013，32（11）：124-127.

[4] 周健，肖鵬.基于總線配置文件的仿真測試軟件通用化設(shè)計[J].信息系統(tǒng)工程，2015（2）：37-39.

收稿日期：2022-12-30

作者簡介：王昆（1996—），男，陜西人，助理工程師，研究方向：嵌入式軟件。