摘 要：为了协助某型飞机液压能源系统和起落架系统总装调试和外场排故，设计开发了一套基于LabVIEW便携式ARINC429总线信号仿真和测试系统。除了显示总线数据中的原始二进制数，另外根据飞机系统接口控制文件中的数据定义，在程序中实现了数据解析和数据的转换，并使数据以直观的图表显示。现场实际的使用效果表明该系统能有效提高液压能源系统和起落架系统总装调试时的效率，减少外场排故时间。
关键词：ARINC429 总线数据 LabVIEW
中图分类号：TP206文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）09（a）-0067-02
ARINC429总线广泛应用于航空机载设备，对429总线的测试需求导致了各种测试系统的出现[1-3]。在某型飞机的液压能源和起落架系统总装调试过程中，由于航电机组成员告警系统和中央维护系统安装调试未完成，系统的单独调试缺乏对总线信号的模拟和测试而困难重重，当航电系统存在错误时，单是依靠机组告警显示页就很难定位故障，因为有时故障是显示页面本身。通用的ARINC429总线测试设备只显示32比特数据，不能直观的反应系统的状态和参数的变化，工程人员需要根据接口控制文件挨个查阅并换算总线的二进制数为系统参数，增加了系统调试的时间。在外场排故过程中，时间更为宝贵，需要快速定位并排除故障。综合上述的应用场合，测试系统不仅需要读取并解析总线数据，确保发送给系统或者系统发出的数据正常；还需要仿真总线数据，用于模拟系统状态或故障信息；对数据的显示需要直观，能一目了然发现状态异常的信号；此外还对设备的便携性有一定要求。
1 ARINC429总线
ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会（Airlines Engineering Committee）提出的航空数字总线传输标准，协议标准规定了航空电子设备及有关统间的数字信息传输规范。
ARINC429协议以单向方式传输数字数据信息，传输速率分高低两档，高速状态的位速率为100 Kb/s，低速状态的位速率12.5 Kb/s。
ARINC429总线数据每个字由32位组成，见图1。其中，第32位为奇偶校验位（Parity bit），它用于检查发送的数据在传输过程中是否有丢失或破坏。29位或30位到31位为符号状态矩阵位（Sign/Status Matrix，SSM），它指出数据的特性。11位到28位或29位是数据位。比特组（Bit-field），二-十进制代码（Binary Coded Decimal，BCD）和二进编码数（Binary Number Representation，BNR）是常见的数据位字的编码类型。9位到10位是源终端识别（Source/Destination Identifiers，SDI），用于标识数据发送源。1位到8位是标号位（LABEL），用以区别不同的数据字。
总线数据的解析需使用在飞机系统接口控制文件（Interface Control Document，ICD）。ICD文件定义了不同系统间通讯数据的解析规则和各比特位代表的意义。把ICD文件中的数据解析方式在测试系统中编程实现，并以图表等控件直观显示，可免除工程技术人员在现场查阅ICD和换算数据，而且系统状态和参数一目了然，节省了调试排故时间。
数据位传输主要的数据类型为BNR （Binary，BNR），BCD（Binary Coded Decimal，BCD）和离散数据，维护数据及通知，以及Williamsburg/Buckhorn协议。
其中BNR类型中第29位为符号位，第28位为数据最重要的比特位（Most Significant Bit，MSB），定义为参数值最大值的1/2。第27定义为第28位的值的1/2，或者定义为参数最大值的1/4，数据位中的其他位的定义依次类推。
BCD数据位二进制编码的十进制，用4个比特位标识一个十进制数。一个数据字最多可以表示5个十进制数。当有MSB时，最多可以表示3个十进制数。如果MSB位大于7，则27～29位为零，
离散数据可以是BNR和BCD数据的组合，也可以是单独一个比特位代表设备的一个状态，一个比特位大多用于表示两个状态。例如失效/正常，激活/非激活，正确和错误。
维护数据和通知需要两根ARINC429总线进行双向通信，通常需要面向比特位的通信协议如Williamsburg/Buckhorn协议。
Williamsburg/Buckhorn协议是一个用于在ARINC总线上传输文件的协议。
2 硬件架构
系统架构采用了虚拟仪器的设计思路。虚拟仪器是基于计算机的仪器，实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。与传统仪器相比，虚拟仪器具有性能高，扩展性强，开发时间短，无缝集成软硬件等特点。硬件架构相对简单，板卡只负责数据采集和发送功能，对数据的处理都在软件中进行，充分利用计算机处理器的强大计算能力。
在方案设计中硬件选用GE CEI-715 ARINC429信号收发板卡，该款板卡使用笔记本PCMCIA插槽，可以方便将其插入通用笔记本电脑中，方便外场排故时携带。板卡自带有接口适配器（线缆），从飞机系统引出的ARINC429总线可通过插针的方式接入接口适配器。所采用GE CEI-715板卡有2个接收通道和2个发送通道。板卡应用程序接口支持LabVIEW对其进行编程开发。系统硬件的架构和GE CEI-715板卡见图2。
3 软件架构
软件采用模块化设计，把可重复使用的功能做成一个模块，方便以后对程序的扩展。主体由5大模块组成，分别是用户权限控制模块、数据发送模块、数据接收模块，数据解析模块和数据保存模块。其中数据解析模块可根据不同的系统进行定制和扩展，测试不同的系统时，只需调用不同的解析模块就能完成测试系统组建，软件架构见图3。
用户权限控制模块用于控制用户的登陆，只有被允许的账号和密码才能登陆系统。
数据接收模用于驱动板卡接收数据，所得到的数据是最原始的32位比特数据。
数据发送模块用于驱动板卡发送数据，发送的数据数据解析模块转换过的数据。
数据解析模块对32位比特数据按照ICD中的定义进行数据解析或者二进制转换。解析用于接收并显示数据，而二进制转换用于驱动板卡发送数据。
数据保存模块对原始32位比特数据进进行保存，用于事后重现测试的结果和进行分析。
4 程序流程图
系统程序采用LabVIEW开发，而作为一种图形化的编程语言的开发环境， LabVIEW则采用数据流编程方式，适合现场快速调试和修改程序。LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，相当于软件即硬件，非常方便。
程序的流程图见图4。由图可见，程序首先读取人机界面上板卡的配置并初始化板卡，然后从Excel文件读取需要发送和接收的数据。将数据配置文件用Excel文件形式保存，是为了便于修改发送或接收的信号数量和设置，无需对程序内部进行修改。对于数据接收端，数据被板卡接收后以32位字的形式显示在人机界面上，后台保存最原始的数据。解析后的数据在人机界面上以模拟量、离散量和航电告警信息显示。对于数据发送端，人机界面上允许用户以模拟量、离散量形式对发送数据进行实时修改，修改后的数据被转化成二进制写入发送字节中，最后程序驱动板卡发送模拟的总线数据。
5 人机界面
人机界面的设计的宗旨是要直观地显示数据，方便工程技术人员查看和操作。采用颜色变化，告警等在界面地显示数据的变化。程序界面主要分为六大面板，见图5，依次为板告警显示面（A），解析数据显示面板/发送数据修改面板（B），原始数据（32位429数据）显示面板（C）、板卡配置面板（D）、程序主要操作面板（E）和数据保存面板（F）。
告警显示面板（A）读取总线信号中有关航电告警的数据位，程序找出数据位对应的告警信息并显示，显示方式与飞机的告警方式类似，显示信号示例见图6。
解析数据示面板/发送数据修改面板（B）在同一区域，通过页面按钮切换。数据解析后的数据以刻度表，温度计，进度条，开关等形式显示出来，方便工程人员直观地查看。发送数据修改面板与解析数据面板上的控件类似，只是发送面板上的控件可对发送数据进行实时修改。
原始数据显示面板（C）显示了原始的32位ARINC429信号，并且以ARINC429信号数据字定义的形式（图1）划分了各个数据位，方便查看信号原始位。
板卡配置面板（D）主要用于配置板卡的通道数，选择接收和发送通道，选择发送和接收的速率。可以选择同时收发，也可选择单独收发。
程序主要操作面板（E）用于用户操作程序的启停。
数据保存面板（F）用于保存C面板中的原始32比特数据，方便后期处理和回放。
6 结语
所开发的ARINC429测试和仿真系统在普通ARINC429信号测试与仿真功能的基础上将ICD文件对数据的解析融合到测试系统中去，直观的数据显示界面有利于工程技术人员对数据的查看和设置。采用的笔记本和PCMCIA板卡的配置提供了很大的便携性。在对飞机总装和现场排故中，可帮助工程人员快速定位故障，节省调试和排故时间，有一定的工程实用价值。
参考文献
[1]顾世哲，等.ARINC429测试系统设计与总线数据描述方法研究[J].航空计算技术，2006，36（3）：22-24.
[2]权巍，等.ARINC429总线通讯软件测试环境的构建[J].计算机测量与控制，2008，16（12）：1783-1785.
[3]陈凯，等.基于USB总线的ARINC429总线测试仪设计[J].飞行器测控学报，2006，25（2）：90-93.
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