飛控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

徐 智，王安平，舒 舟，胡玉露

(1.中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001;2.陸航駐景德鎮(zhèn)地區(qū)軍事代表室，江西景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

飛行參數(shù)記錄器是現(xiàn)代飛行器上必裝的設(shè)備之一。最初，它們只是在重大事故中作為幫助調(diào)查員進(jìn)行調(diào)查的手段。現(xiàn)在，由于在數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)方面的改進(jìn)，這些數(shù)據(jù)還可有許多其他用途。在以往直升機(jī)科研試飛階段，往往需要借助飛行參數(shù)記錄器中記錄下的飛行數(shù)據(jù)，并以此作為依據(jù)開展飛控系統(tǒng)排故和控制律調(diào)參工作。由于飛行參數(shù)記錄器中記錄的飛控系統(tǒng)參數(shù)的更新周期較長，不能滿足飛控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求;而且飛行參數(shù)記錄器所記錄的對象是面對全機(jī)的，所以分配給飛控系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間有限，導(dǎo)致飛控系統(tǒng)參數(shù)記錄的數(shù)據(jù)不全面。因此在直升機(jī)科研試飛階段，需要一個(gè)飛控系統(tǒng)專用的數(shù)據(jù)記錄器，用以實(shí)時(shí)記錄下飛控系統(tǒng)所有的飛行參數(shù)及故障信息。本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種用于實(shí)時(shí)記錄飛控系統(tǒng)飛行參數(shù)的數(shù)據(jù)記錄器。

1 數(shù)據(jù)記錄器的硬件實(shí)現(xiàn)

該數(shù)據(jù)記錄器是基于ARM9處理器、FPGA和429總線接口器件實(shí)現(xiàn)的。其系統(tǒng)組成如圖1所示。其中，在數(shù)據(jù)記錄器上電的時(shí)候，CPU、FPGA完成自身的初始化，CPU通過邏輯控制信號、數(shù)據(jù)總線和FPGA，對429接口器件進(jìn)行初始化。429接口器件能同時(shí)完成兩路429信號的接收任務(wù)，同時(shí)產(chǎn)生中斷信號。CPU接收到中斷請求信號，對中斷進(jìn)行響應(yīng)，并對中斷信號進(jìn)行判別。FPGA利用數(shù)據(jù)線將429接口器件中的429數(shù)據(jù)讀取出來，并放到數(shù)據(jù)總線上。CPU將讀取到的429數(shù)據(jù)，按相應(yīng)的存放策略存儲(chǔ)到CF存儲(chǔ)卡中。由此完成了429數(shù)據(jù)的接收和存儲(chǔ)任務(wù)。

圖1 數(shù)據(jù)記錄器系統(tǒng)組成圖

該數(shù)據(jù)記錄器的CF存儲(chǔ)卡的容量為16G。CF卡的讀寫以扇區(qū)為單位，每扇區(qū)容量為512個(gè)字節(jié)，共有31980817個(gè)扇區(qū)。其中0扇區(qū)為信息索引扇區(qū)，用于記錄飛行架次信息和每架次信息所占用的最后一個(gè)扇區(qū)號。扇區(qū)1至扇區(qū)15990407為A路429數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，扇區(qū)15990408至扇區(qū)31980816為B路429數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域。假設(shè)每架次飛行時(shí)間為4小時(shí)，按下列公式計(jì)算可得理論上最多記錄飛行架次為71架次，滿足實(shí)際飛行的需要。

記錄的飛行架次:RFT(Record Flight Times);

每拍發(fā)送的429數(shù)據(jù)字:429WPS(429WORD per Step)=25;

每拍數(shù)據(jù)發(fā)送周期:t=12.5 ms;

每架次飛行時(shí)間:T=4 Hour;

單路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域扇區(qū)數(shù):TB(Total Blocks)=15990407;

2 數(shù)據(jù)記錄器的軟件實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)記錄器的軟件分為兩部分。其一是駐留于飛控計(jì)算機(jī)內(nèi)的飛控系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送軟件，另一部分則是駐留于飛控?cái)?shù)據(jù)記錄器內(nèi)的飛控系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件。

2.1 數(shù)據(jù)發(fā)送軟件

該軟件植入于飛控系統(tǒng)軟件之中，運(yùn)行周期為12.5ms，用于獲取飛控系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，使之成為適應(yīng)ARINC429總線發(fā)送的格式并通過429總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給飛控?cái)?shù)據(jù)記錄器。發(fā)送給數(shù)據(jù)記錄器的信號參數(shù)，除了傳統(tǒng)的飛行參數(shù)之外，還將系統(tǒng)的外部輸入控制信號，飛控系統(tǒng)內(nèi)部故障監(jiān)控信息和控制律計(jì)算中間變量加工成429數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)記錄器。相對飛參數(shù)據(jù)記錄器而言，飛控?cái)?shù)據(jù)記錄器中記錄的數(shù)據(jù)更具實(shí)時(shí)性，記錄的信號參數(shù)更加具體和充分。以某型機(jī)為例，飛參記錄數(shù)據(jù)的周期為250ms，而飛控?cái)?shù)據(jù)記錄器記錄的周期為12.5ms;飛參記錄的信號為140個(gè)，而飛控?cái)?shù)據(jù)記錄器記錄的信號多達(dá)200多個(gè)。

由于該軟件運(yùn)行周期為12.5ms，系統(tǒng)在一個(gè)周期內(nèi)無法將所有信號發(fā)送完畢。根據(jù)飛控系統(tǒng)參數(shù)的重要程度和429總線的波特率，在設(shè)計(jì)發(fā)送策略時(shí)，分為了12.5ms速率發(fā)送組，50ms速率發(fā)送組和100ms速率發(fā)送組。并將所有信號分為13組，保證每一拍都能發(fā)送25個(gè)429字。

該軟件流程圖如圖2所示。通過判別計(jì)數(shù)器的值，確定每一拍加工的數(shù)據(jù)信息組，在每拍中都有1個(gè)12.5ms發(fā)送組、1個(gè)50ms發(fā)送組和1個(gè)100ms發(fā)送組。從而既匹配了429的波特率，又將所有200多個(gè)飛控系統(tǒng)信息全部分時(shí)發(fā)送個(gè)了數(shù)據(jù)記錄器。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件

該軟件駐留于飛控?cái)?shù)據(jù)記錄器中，負(fù)責(zé)采集429總線上的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在CF卡中。其軟件流程圖如圖3所示。大概過程如下:

圖2 飛控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送軟件流程圖

圖3 飛控系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)軟件流程圖

1)首先，數(shù)據(jù)記錄器上電之后，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化;

2)將CF卡作為文件系統(tǒng)打開，并判斷打開是否成功，若CF卡打開不成功，則結(jié)束軟件的運(yùn)行;

3)成功打開CF卡后，讀取扇區(qū)0中的信息，并判斷讀取是否成功，若不成功，則結(jié)束軟件的運(yùn)行;

4)成功讀取扇區(qū)0中的信息，判斷第一個(gè)字節(jié)是否為0x5A，如果是0x5A則按續(xù)寫儲(chǔ)存策略進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如果是0x0則按重寫存儲(chǔ)策略進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ);

5)判斷是否有429數(shù)據(jù)接收的中斷請求，如果有中斷請求則將接收到的數(shù)據(jù)按存儲(chǔ)策略進(jìn)行存儲(chǔ)。

3 結(jié)束語

通過對飛控系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄需求進(jìn)行充分分析后，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的該機(jī)載飛控系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄器可以較好地完成數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)任務(wù)。該數(shù)據(jù)記錄器已在某型機(jī)的飛控系統(tǒng)地面閉環(huán)試驗(yàn)中得到充分應(yīng)用，并起到了積極作用。在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，特別是在飛控系統(tǒng)參數(shù)發(fā)送中，實(shí)現(xiàn)既匹配429總線的波特率又兼顧飛控系統(tǒng)參數(shù)的重要性和完整性，這在今后類似設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)具有較強(qiáng)的借鑒意義。

［1］鄧思才，譯.飛行數(shù)據(jù)記錄器和艙音記錄器數(shù)據(jù)當(dāng)前的應(yīng)用［Z］.事故分析方法

［2］韓瑋，翟正軍.飛行數(shù)據(jù)綜合記錄與分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007(17):137-139.