专利名称：多通道arinc700总线监控装置及实现方法
技术领域：
本发明涉及航空电子技术领域，特别涉及一种多通道ARINC700总线监控装置及实现方法，主要用于实现多通道ARINC700总线数据的自动监控。
背景技术：
ARINC700系列规范是美国航空无线电公司(ARINC)制定，规范向设备制造商提出的设计要求，是航空电子系统的基础规范，规范定义了各个航电系统的接口特性，是航电系统组件设计的标准规范，目的是尽量将影响设备互换性的物理特性和电气特性标准化。ARINC700 系列规范主要包含ARINC707-LRA、708-WXR、709-DME、710-1LS、711-V0R、712-ADF、716-VHF、718-ATC/S、719-HF、723-GPWS、724-ACARS、727-MLS、735-TCAS、750-VDR、753-HFDU/HFDR等，这些航电系统通过航空总线实现相互之间的信息传递。航空总线的监控技术对于航电系统开发、仿真至关重要。目前，总线监控技术主要存在两个方面的问题。首先目前总线监控仿真系统中主要使用传统“端一端”的总线连接方式，这种连接方式需要消耗大量的物理总线通道的问题，并且不能满足复杂系统总线数据动态监控的要求。另外，系统对总线上传输的数据只是监控和收集，没有数据解码、存储、回放的功能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多通道ARINC700总线监控装置的设计方案和实现方法，由工控机运行自动监控程序集，提供良好的人机交互界面，通道配置界面。通过工控机传输指令包到总线适配器，完成指令加载，监控电路挂载到航空总线上，从而完成对总线数据的读取，当需要监控其他总线时，工控机只需更新加载指令，就可以完成通道的切换。以求实现方便快速测试，缩减测试所需的时间，同时解决复杂航电系统中需要消耗大量总线通道的问题。为了达到上述目的，本发明是通过这样的技术方案实现的多通道ARINC700总线监控装置，其特征在于，装置由工控机、总线适配器和总线接入设备构成；
所述工控机内包括专用通信板卡，专用通信板卡由多通道的ARINC429总线模块构成；所述总线适配器由主板、自检模块、电源管理模块和开关矩阵模块构成，所述总线接入设备包含航空总线配线架和ZIF (零插入力)接头；
工控机用于运行自主开发的总线监控程序集，通过串口、专用通信板卡与总线适配器相连，通过调板卡的、API (Application Programming Interface,应用程序编程接口)接口，对总线适配器发出适配指令，调用总线适配器内部的开关矩阵模块、自检模块，将数据监控电路接入需要测试的总线上，完成总线数据的采集，将采集到的总线数据与ICD数据库(接口控制文档ICD, interfacecontroldocument)内容比对后显示或者直接存储；IO)数据库中保存每条航空总线的含义、总线的起点和终点的数据，429数据解析数据库包含总线上传输的所有数据的物理含义； 总线适配器通过串口、开关矩阵模块与工控机接口连接，开关矩阵模块通过ZIF (零插入力)接头与总线接入设备相连，通过总线适配器，使系统中传输的控制数据和总线数据在工控机与总线接入设备之间实现交换；
总线接入设备，将航空总线与总线适配器相连，用于将数据监控电路挂接在需要测试的航空总线上，内部包含ZIF (零插入力)接头，通过ZIF接头与航空总线相连，当总线上有数据传输时，监控电路中的数据指示模块会发出灯光闪烁。利用所述的多通道ARINC700总线监控装置实现监控的方法，包括如下次序步骤
(1)设备自检将工控机与总线适配器连接，将总线接入设备与适配器相连，然后系统上电自检；
(2)判断设备自检是否通过；
(3)设备初始化配置硬件资源和软件资源；
(4)监控指令加载首先判断是否需要改变监控的通道号，然后总线适配器根据工控机的指令将总线监控电路挂载到相应的总线通道；
(5)总线数据采集当总线上有数据传输时，专用通讯板卡就可以将数据读取出来，通过总线适配器传输给工控机；
(6)数据处理阶段板卡读取到的总线数据做两个方面的处理
a、总线数据解码，转译为实际的物理含义；物理含义包括频率字，相对方位角，航班号，故障信息；
b、数据直接存储到支持数据库，用于监控结束后的处理分析；支持数据库是一个总体的数据库，包括ICD数据库、429数据解析数据库、存储数据库；
(7)总线数据的显示对比相应机型的ICD数据库，将采集到数据的物理意义实时显示；数据的物理意义包括频率字，相对方位角，航班号，故障信息；
(8)存储数据的分析回放调用存储的数据文件离线回放；
(9)判断是否需要修改监控通道；需要修改时，发送新的加载指令；
(10)监控结束。总线适配器的主板包括使用单片机作为核心的主控电路和异步串行通信模块；自检模块包括使用单片机作为核心的主控电路、通道完整性测试模块、ARINC429数据采样模块和异步串行通信模块；开关矩阵模块由基于单片机的继电器控制模块、继电器驱动电路、继电器模组和异步串行通信模块构成。本发明提供的多通道ARINC700总线监控装置及实现方法是由工控机运行自动监控程序集，提供良好的人机交互界面，通道配置界面；工控机传输指令包到总线适配器，完成指令加载，监控电路挂载到航空总线上，就可完成对总线数据的读取，当需要监控其他总线时，工控机只需更新加载指令，就可以完成通道的切换。方便快速，完全可以满足自动测控系统中的速度要求，大大缩减测试所需的时间，另外一方面也解决复杂航电系统中需要消耗大量总线通道的问题。
图1为本发明提供的多通道ARINC700总线监控装置构成框 图2为本发明提供的多通道ARINC700总线监控实现方法软件功能模块划分图； 图3为本发明提供的多通道ARINC700总线监控实现方法流程图。图中1.工控机，2.总线适配器，3.总线接入设备，11.工控机串口，12.专用通信板卡，21.主板，22.自检模块，23.电源管理模块，24.开关矩阵模块，31. ZIF (零插入力)接头。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。如图1所示，多通道ARINC700总线监控装置由工控机1、总线适配器2和总线接入设备3构成。工控机I内包括专用通信板卡12，专用通信板卡12由多通道的ARINC429模块构成；
总线适配器2由主板、自检模块、电源管理模块和开关矩阵模块构成。总线接入设备3包括包含航空总线配线架和ZIF (零插入力)接头31。工控机1，用于运行总线监控程序集，与总线适配器2相连，其通过调用内部的硬件资源和软件资源，对总线适配器2发出适配指令，调用总线适配器2内部资源，系统将数据监控电路接入需要测试的总线上，完成数据的采集，再将采集到的总线数据与ICD数据库内容比对后显示或者直接存储；ICD数据库就是根据不同机型的ICD文件建立的数据库，该文件定义了每条ARINC429总线代表的含义，解决的是这条总线从哪里来的，去那里去的问题。总线适配器2与工控机I接口连接，并与总线接入设备3相连，通过总线适配器2，使系统中传输的控制数据和总线数据在工控机I与总线接入设备3之间实现交换。总线接入设备3，将256路航空总线与总线适配器2相连，用于将数据监控电路挂接在需要测试的航空总线上，总线接入设备3内部包含航空总线配线架和ZIF (零插入力)接头31，配线架将所有的航空总线与ZIF接头31测试线相连，当总线上有数据传输时，监控电路中的数据指示模块会发出灯光闪烁。总线适配器2包括一个用于主控适配器的主板21、一个用于适配器自检的自检模块22、一个用于给适配器内部各个模块供电的电源管理模块23 个用于总线通道切换的开关矩阵模块24，为了区分不同的监控级别，节约成本，开关矩阵模块24分为A、B、C三种型号。其中A型级别最高，是全功能的16X256路开关，可以完全监控256路总线，并且每个监控电路都可以挂接到任意的256路航空总线上。B型为半功能的8X128路开关，可以完成128路航空总线的监控，级联另外一块就可以完成所有256路总线的监控，但是每一块开关矩阵板卡只能监控连接到该板卡的128路上面，不能监控到级联的另外一块板卡。C型为基础型的I X 16路开关，功能和B型的使用方法类似。上面三个型号的板卡可以满足不同的监控需求，用户可以根据自己的测试任务配置不同的开关矩阵板卡。如图2所示为本发明提供的多通道ARINC700总线监控实现方法软件功能模块划分图。当用户需要对接入航空总线的ARINC700系列组件进行总线监控时，首先将航空总线接入设备与待测的总线相连，总线适配器两端将总线接入设备和工控机连接在一起，给整个系统上电，然后打开工控机运行总线数据监控程序集。首先，系统进入自检程序，主要检查本发明提供的多通道ARINC700总线监控装置是否功能完整可用，是否本身存在故障，主要包括专用通信板卡的自环和外环测试，总线适配器中各个模块功能测试，总线接入设备中配线架线束连接测试。只有在自检通过的情况下才可以进入下面的流程。自检通过后，系统的总线数据监控程序配置系统的软件资源和硬件资源，并完成数据监控所需初始化工作。这里的初始化工作主要完成专用通用板卡的通道配置，传输速率，监控间隔的设置等步骤。控制指令下传到总线适配设备后，将命令字解析，控制开关矩阵板卡，将专用通讯板卡的测试电路挂载到要测试的总线上，调用数据采集模块，就可以完成总线数据的监控。采集到的总线数据分别传输给显示模块和存储模块处理，其中显示模块将数据对照对应机型的ICD数据库解析，完成ARINC700组件数据字到实际物理意义的实时解析并显示。存储模块直接将数据存入支持数据库，以备监控结束后的离线回放和事后分析。ICD数据库的建立方法由于不同型号的民航客机，其对于的ICD文件都有所不同，为了使本发明尽可能多的解析ARINC700系列组件的总线数据，将ICD数据库与底层的专用数据通讯卡隔离，开发几个相对独立的ICD数据库，将系列组件中传输的数据存储在数据库中，数据包含数据物理意义，传输速率，控制逻辑，编码解析形式，符号位等主要内容。总线数据读取到后，直接与ICD数据库对应，工控机自动查找相关信息，减小了事件开销，即可完成数据的及时处理。当需要监控不同的总线设备时，只需导入想应的ICD数据库，就可以完成监控的切换。如图3所示，利用上述本发明提供的多通道ARINC700总线监控实现方法包括按顺序进行的下列步骤
(1)设备自检将工控机与总线适配器连接，将总线接入设备与适配器相连，然后系统上电自检；
(2)判断设备自检是否通过；
(3)设备初始化配置硬件资源和软件资源；
(4)监控指令加载首先判断是否需要改变监控的通道号，然后总线适配器根据工控机的指令将总线监控电路挂载到相应的总线通道；
(5)总线数据采集当总线上有数据传输时，专用通讯板卡就可以将数据读取出来，通过总线适配器传输给工控机；
(6)数据处理阶段板卡读取到的总线数据做两个方面的处理
a、总线数据解码，转译为实际的物理含义；
b、数据直接存储到支持数据库，用于监控结束后的处理分析；
(7)总线数据的显示对照相应机型的ICD数据库，将采集到数据的物理意义实时显
示；
(8)存储数据的分析回放调用存储的数据文件离线回放；
(9)判断是否需要修改监控通道；需要修改时，发送新的加载指令；
(10)监控结束。根据上述说明，结合专业公知技术即可实现本发明。
权利要求
1.多通道ARINC700总线监控装置，其特征在于，装置由工控机、总线适配器和总线接入设备构成；所述工控机内包括专用通信板卡，专用通信板卡由多通道的ARINC429总线模块构成； 所述总线适配器由主板、自检模块、电源管理模块和开关矩阵模块构成；所述总线接入设备包含航空总线配线架和ZIF接头；工控机用于运行自主开发的总线监控程序集，通过串口、专用通信板卡与总线适配器相连，通过调板卡的、API接口，对总线适配器发出适配指令，调用总线适配器内部的开关矩阵模块、自检模块，将数据监控电路接入需要测试的总线上，完成总线数据的采集，将采集到的总线数据与ICD数据库和429数据解析数据库内容比对后显示或者直接存储；ICD数据库中保存每条航空总线的含义、总线的起点和终点的数据，429数据解析数据库包含总线上传输的所有数据的物理含义；总线适配器通过串口、开关矩阵模块与工控机接口连接，开关矩阵模块通过ZIF (零插入力)接头与总线接入设备相连，通过总线适配器，使系统中传输的控制数据和总线数据在工控机与总线接入设备之间实现交换；总线接入设备，将航空总线与总线适配器相连，用于将数据监控电路挂接在需要测试的航空总线上，内部包含ZIF接头，通过ZIF接头与航空总线相连，当总线上有数据传输时，监控电路中的数据指示模块会发出灯光闪烁。
2.利用权利要求1所述的多通道ARINC700总线监控装置实现监控的方法，其特征在于，包括如下次序步骤(1)设备自检将工控机与总线适配器连接，将总线接入设备与适配器相连，然后系统上电自检；(2)判断设备自检是否通过；(3)设备初始化配置硬件资源和软件资源；(4)监控指令加载首先判断是否需要改变监控的通道号，然后总线适配器根据工控机的指令将总线监控电路挂载到相应的总线通道；(5)总线数据采集当总线上有数据传输时，专用通讯板卡就可以将数据读取出来，通过总线适配器传输给工控机；(6)数据处理阶段板卡读取到的总线数据做两个方面的处理a、总线数据解码，转译为实际的物理含义；物理含义包括频率字，相对方位角，航班号，故障信息；b、数据直接存储到支持数据库，用于监控结束后的处理分析；支持数据库是一个总体的数据库，包括ICD数据库、429数据解析数据库、存储数据库；(7)总线数据的显示对比相应机型的ICD数据库，将采集到数据的物理意义实时显示；数据的物理意义包括频率字，相对方位角，航班号，故障信息；(8)存储数据的分析回放调用存储的数据文件离线回放；(9)判断是否需要修改监控通道；需要修改时，发送新的加载指令；(10)监控结束。
3.如权利要求1所述的多通道ARINC700总线监控装置，其特征在于，总线适配器的主板包括使用单片机作为核心的主控电路和异步串行通信模块；自检模块包括使用单片机作为核心的主控电路、通道完整性测试模块、ARINC429数据采样模块和异步串行通信模块; 开关矩阵模块由基于单片机的继电器控制模块、继电器驱动 电路、继电器模组和异步串行通信模块构成。
全文摘要
本发明涉及航空电子技术领域，特别涉及一种多通道ARINC700总线监控装置及实现方法，装置由工控机、总线适配器和总线接入设备构成；工控机内包括多通道的ARINC429总线模块；总线适配器由主板、自检模块、电源管理模块和开关矩阵模块构成，总线接入设备包含航空总线配线架和ZIF接头；通过总线适配器，使控制数据和总线数据在工控机与总线接入设备之间交换；通过ZIF接头，工控机传输指令包到总线适配器，完成指令加载，监控电路挂载到航空总线上，就可完成对总线数据的读取，当需要监控其他总线时，只需更新加载指令，就可以完成通道的切换，方便快速，完全满足自动测控系统中的速度要求，大大缩减测试时间，解决了复杂航电系统中消耗大量总线通道的问题。
文档编号G05B19/418GK103048984SQ20131001661
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者樊智勇, 周德新, 王凯, 张文林 申请人:中国民航大学