摘 要：文章论述了一种基于AFDX总线数据监测与管理系统的设计架构，结合数据监测的需求建立了ICD解析数据库，利用数据库平台实现解析数据的更新。数据监测与管理系统的架构设计包括了初始化模块、数据接收与分析模块、显示与对比模块、数据库操作模块和报告文件生成模块。在航空电子系统仿真测试时，观察总线数据传输过程是否会出现数据误码现象，以便测试人员更好地分析数据，为故障定位和事后处理提供足够有用的信息。
关键词：航空全双工交换式以太网；接口控制文件；数据监测；系统测试
中图分类号：V247.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0100-02
1 概述
随着电子技术和计算机技术的发展，航空电子系统经历了传统的分立式、联合式架构，向综合化、高度综合化的架构发展，各设备间信息交互的实时性、安全性要求也越来越高。航空电子系统总线是飞机的重要组成部分之一，为飞机航电子系统之间的数据传输提供了有效保证。本文围绕AFDX航空总线技术设计了一种总线数据的监测与管理系统。在航电系统仿真与测试中，总线数据监管系统利用硬件板卡完成物理链路的连接，通过获取AFDX网络配置表，实时地对总线上的数据进行记录、分析与显示。同时，对照ICD（接口控制文件）解析数据库进行消息的释义，达到快速准确定位故障与分析故障原因的目的。
2 系统架构概述
在航空电子系统仿真与测试过程中，总线数据监测与管理系统通过硬件测试卡采集AFDX总线上的实时数据并记录接收到数据的时间标签，然后以数据分布图表的方式展示数据变换情况帮助测试人员进行数据分析。测试人员从PXI工控机上的板卡监视并采集AFDX总线上的数据消息，再从ICD数据库中查找对应的数据块信息对每个数据的含义进行解析。同时，系统软件还将再后台对监视的数据块进行分类统计得出数据形成分析图表。
如图1所示，是飞机航空电子系统的交联图。该型飞机的航电系统主干网通过AFDX交换机将显示处理单元、远程数据集中器、机电系统、飞控系统和无线接口单元等主要设备联接。这部分设备再将AFDX总线交换的信息处理后转换成ARINC 429总线分发给数据量较低的设备。由此可见，AFDX总线上的数据量相当大，且响应时间要求高。文中设计的数据监测与管理系统不仅能够完成总线数据的监视与采集，还能将采集的数据进行存储、记录与分析。这样可以有效地提高测试人员工作效率，也为开发、维护人员在查找故障时提供参考依据。
3 系统设计方案
设计方案从系统的整体架构、系统的硬件平台、软件的设计及各个模块的实现进行阐述与分析。在设计中，该系统能够实现以下功能：（1）能够准确地监视与采集AFDX总线上的数据并进行记录；（2）能够将采集的数据块含义进行解析，并按照功能进行统计归类；（3）查询终端能够提供多种查询方式，包括数据流源/目的查询、数据块名称查询、数据位定义查询等；（4）为测试人员提供数据记录的传输接口，形成故障数据的信息库为后续改进升级提供参考。
3.1 整体设计框架
数据监测与管理系统利用网络资源将多种功能模块与支撑模块有机的组织起来，如图2所示。在整个系统中，PXI工控机搭载AFDX总线板卡作为核心部件，采集、监控AFDX总线数据，对数据信息进行前期处理并完成分析、存储等操作。PXI工控机通过网络资源可以联接到ICD数据库服务器，可以将采集到的数据以文件形式发送至数据库保存，也可以从数据库调取数据文件，在监测总线信号时作为参考依据。查询终端可以为测试人员、设计人员提供远程访问ICD数据库的功能，方便了对总线采集数据的查询操作。
3.2 硬件组成
数据监测与管理系统主要由四个部分组成：（1）PXI工控机；（2）AFDX总线监测板卡；（3）ICD数据库服务器；（4）查询终端。
PXI工控机是一种专为工业数据采集与自动化应用量身定制的模块化仪器平台，充分利用了计算机的高速总线标准结构，具备机械、电气与软件等多方面的专业特性。同时，在易于安装和拆卸硬件模块的前提下提供优秀的机械整合性。
AFDX总线监测板卡提供了AFDX总线的全功能测试，能够完成总线数据模拟、监测和分析功能；还具备强大的总线数据处理能力及丰富的内存资源，为测试人员定制了专用ARINC664协议的编、解码芯片。该板卡有两个100Mbit的可编程配置AFDX端口，能够运行在发送仿真模式或者接收监控模式下，对虚拟链路（VL）数据包的捕获和监测过程中具有强大的触发和过滤功能。
ICD数据库服务器为测试人员和设计人员提供服务，这些服务包括了ICD文件查询、更新、索引、高速缓存、查询优化、安全及多用户访问控制等。在互联网中的一台或多台查询终端能够以服务器/浏览器（B/S）方式访问数据库服务器。数据库服务器不仅需要具有极强的处理能力，还要求具有很高的可靠性，以保证用户能够随时访问数据库中的数据。
查询终端采用了BS模式，可以降低成本便于后期维护升级。在BS模式下，用户可通过浏览器进行访问，集成各种数据查询服务。查询终端的运用把用户从不断对硬件性能提升的需求中解放出来，也把技术维护人员从繁重的维护升级工作中解脱出来。
3.3 系统软件设计
监管系统的软件设计是本次课题的重要核心，可以划分为两大部分：一是工控机和数据库的软件程序开发；二是查询终端与数据库服务器之间的浏览器界面及脚本程序的设计。本文的研究重点放在了PXI工控机数据采集与ICD数据库的程序设计开发，可以细分为AFDX总线的监控程序和ICD数据分析、存储等操作的管理程序两部分，如图3所示。
当PXI工控机通过监控板卡接收到数据后，工控机上的软件程序会检索ICD数据库中对应的消息块，根据定义对接收到的总线数据进行释义并在软件的列表控件中实时显示，这样方便了测试人员的实时监视。接下来测试人员在系统软件的数据对比界面中调用需要对比的数据源，将解析后的实时数据与保存在数据库中的正确数据以表格的形式显示，观察数据内容是否一致。当采集到的数据量很大时，软件可以根据测试人员的要求再对这些数据进行筛选，将对比结果以文件形式输出存储。当需要对数据回放时，可以再从硬盘中调用之前存储的数据文件。此外，工控機的软件程序还可以通过本地数据库或远程数据库完成ICD定义文件的更新与维护。
4 结束语
本文设计的总线数据监测与管理系统具有AFDX总线信息的实时监控、存储、分析及显示功能。该系统能够完成飞机航电设备仿真与测试时的数据监控，以及总线故障的快速识别与隔离等难题。经过各项软件集成测试，该系统工作稳定可靠、操作简便，可以应用于飞机航电系统研制、调试和维护中。由于时间问题，该系统的可扩展性能还有待于进一步研究开发。通过扩展和升级硬件板卡、软件程序和ICD解析数据库，可以兼容多种航电总线的监测与记录。
参考文献：
[1]赵琳，许晶.一种PCI接口的AFDX网络监控卡设计与实现[J].电子技术，2013（07）.
[2]羊昌燕，易川，焦航.基于AFDX的高速数据采集记录系统设计与实现[J].测控技术，2013（05）.
[3]赵永库，唐来胜.AFDX网络应用关键技术分析与研究[J].测控技术，2013（04）.
[4]郝志浪，卫保国.航电AFDX总线监控器的设计和实现[J].电子设计工程，2013（01）.
[5]曹力.AFDX航电测试中的地空数据传输技术研究[D].南京航空航天大学，2012.
[6]夏庆梅，徐亚军，熊华钢.航空电子控制文件的数据库管理[J].航空计算技术，2001（09）.
[7]郑军，胡军，柯昌博，等.综合模块化航电软件系统测试方法研究综述[J].计算机应用与软件，2012（05）.
