基于ICD的機(jī)電總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件設(shè)計(jì)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(yīng)總線中的一個(gè)信號，利用ICD配置文件轉(zhuǎn)換工具對系統(tǒng)ICD進(jìn)行預(yù)處理，設(shè)計(jì)了一種基于ICD的總線數(shù)據(jù)通用化處理方法，當(dāng)用戶ICD配置文件發(fā)生變更時(shí)，只需修改相應(yīng)配置文件，無須改動代碼，增強(qiáng)了軟件的適應(yīng)性和通用性。關(guān)鍵詞：總線；ICD配置；機(jī)電系統(tǒng)；嵌入式軟件1

現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)分析機(jī)電綜合管理系統(tǒng)作為飛機(jī)的核心系統(tǒng)與飛機(jī)安全運(yùn)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。機(jī)電綜合管理系統(tǒng)涉及總線類型、信號管理類型眾多，機(jī)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(jī)電核心處理機(jī)上的總線通信大總管，統(tǒng)一負(fù)責(zé)外部消息的收發(fā)，并向各個(gè)機(jī)電功能應(yīng)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(jì)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(dá)數(shù)萬行，同時(shí)軟件與系統(tǒng)ICD緊耦合，當(dāng)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(yàn)證，對人力資源的耗費(fèi)很大，維護(hù)成本高。針對總線數(shù)據(jù)服務(wù)軟件的重要性和復(fù)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(hù)過程中出現(xiàn)的各種問題，本文設(shè)計(jì)了基于ICD的機(jī)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(jìn)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(hù)性。2

軟件架構(gòu)與設(shè)計(jì)接口控制文件（InterfaceControlDocument，ICD）定義了飛機(jī)各系統(tǒng)之間交互的信號信息以及飛機(jī)各系統(tǒng)的控制、告警、顯示等信號，是飛機(jī)設(shè)計(jì)文件的重要組成部分，用于存儲外部設(shè)備與飛機(jī)各子系統(tǒng)分區(qū)進(jìn)行交互的所有消息。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(gè)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?；诮Y(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(jìn)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?？偩€分區(qū)發(fā)往功能分區(qū)的通信結(jié)構(gòu)體如下所示：typedefunion{struct{intcontrol_signal_1；intdisp_signal_1；intwarning_signal_1；...intcontrol_signal_n；}IO_Partition1；intbuffer[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：typedefunion{struct{intcontrol_signal_1；intdisp_signal_1；intwarning_signal_1；...intcontrol_signal_n；}Partition1_IO；intbuffer[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(gè)屬性：（1）消息接收、發(fā)送緩沖區(qū)：用于存放對應(yīng)物理信號的值。（2）當(dāng)前物理信號在對應(yīng)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(yīng)的物理信號。系統(tǒng)ICD文件預(yù)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(jì)如下：typedefstruct{charPathway_name[20]；//通道名稱charMessage_source[20]；//消息源charMessage_destination[20]；//消息目的intMessage_ID；//消息IDintMessage_length；//消息長度intMessage_refresh_period；//消息周期intMessage_transmission_type；//消息類型intDataWord_offset；//數(shù)據(jù)字偏移量charBusSignal_codename[50]；//信號名稱intBusSignal_width；//單個(gè)信息的占位寬度intBusSignal_lsb_position；//單個(gè)信息在其所在數(shù)據(jù)字中的起始位intPartition_Mask；//分區(qū)掩碼int*pBuffer；//指向接收/發(fā)送緩沖區(qū)intindex；//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(jì)總線分區(qū)和其他機(jī)電功能分區(qū)一樣都屬于應(yīng)用分區(qū)，總線分區(qū)在機(jī)電核心處理機(jī)軟件架構(gòu)中所處位置如圖2所示?？偩€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(jī)電功能分區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)布訂閱信息的核心機(jī)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(jī)電功能分區(qū)，或接收機(jī)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(jī)制，總線分區(qū)與每個(gè)機(jī)電功能分區(qū)間分別配置4個(gè)端口，分別為隊(duì)列消息發(fā)送端口、隊(duì)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(jī)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(yīng)總線分區(qū)中的兩個(gè)周期進(jìn)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(yīng)用健康狀態(tài)監(jiān)測、故障記錄及上報(bào)。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(yīng)用分區(qū)?？偩€分區(qū)在每一個(gè)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(yàn)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(jìn)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(yīng)字對應(yīng)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(gè)應(yīng)用分區(qū)進(jìn)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(jìn)入異常處理分支上報(bào)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(yīng)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(gè)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(yīng)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(yīng)位清零，再將屬于同一條消息的數(shù)據(jù)組包至對應(yīng)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)