新型飛行控制系統總線數據處理方法優化設計

張阿莉+刁學敏+劉威

摘 要： 針對新型飛控采集器采集數據流數增多、試飛模式改變的問題，對原有飛行控制系統總線數據處理軟件進行優化設計。使用內存影射技術管理原始數據的讀寫操作，同時優化設計校線文件管理模塊和參數文件管理模塊，實現了多流、多表號飛控數據的快速處理。通過工程使用驗證，軟件有效解決了多流、多表號飛行控制系統總線數據處理問題。

關鍵詞： 飛行控制系統； 總線數據； 多流多表號； 優化設計

中圖分類號： TN911?34； TP311 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0073?03

Optimization design of new type flight control system bus data processing method

ZHANG A?li， DIAO Xue?min， LIU Wei

（Chinese Flight Test Establishment， Xian 710089， China）

Abstract： Aiming at the data stream of new type flight control system collection facility increasing and flight?test mode changing， the original flight control system bus data processing software is optimized. Technology of memory mapping is used to manage the reading and writing of original data and optimize the design of calibration curve file management module and parameter file management module， thus to realized the quick processing of flight control data with multithread and multi?table. Practical use in project proved that the software has the ability in solving the problem of processing the data of flight control system with multithread and multi?table.

Keywords： flight control system； bus data； multithread and multi?table； optimization design

0 引 言

隨著新型飛機型號研制任務的快速發展和課題需要的變化，飛行控制系統（簡稱飛控系統）作為新型飛機設計定型試飛中一個必不可少的測試系統，面臨著試飛測試參數的數量和種類不斷增加（以前試飛參數數量至多上百個，現在已經增加到幾千個）、新型飛控系統采集、記錄總線數據的模式由1流增加到5流，試飛模式由單表號試飛變化為一次飛行多個表號試飛。用原飛控系統總線數據處理軟件（原數據處理軟件只針對單流數據進行處理、一次處理單個表號試飛數據、數據處理效率較低）已無法滿足新型飛機試飛高效的數據處理需求。因此，急需優化設計新型飛控系統總線數據處理軟件。

1 軟件設計

該軟件采用結構化、模塊化設計思路，適應性強。軟件主要包括配置文件模塊、參數校線解析模塊、數據處理模塊、源碼分析模塊、批處理模塊和故障檢查六個模塊。

1.1 基本框圖

軟件結構框圖如圖1所示。

圖1 軟件結構框圖

軟件的基本流程圖如圖2所示。

1.2 設計說明

飛控系統采集器一旦確定，采集的數據塊結構就是固定的，定義如圖3所示。其中數據字0表示飛控系統的表號。

飛控系統一次飛行可以保存4張控制表，在飛行過程中，通過切換表號，會采用不同的控制指令工作，按照飛控系統采集數據塊結構特點，一個起落中的表號可以任意切換，不影響飛控采集器正常采集數據，但是對于數據處理來說，就需要根據表號進行數據提取和分析。

圖2 算法流程圖

圖3 飛控數據塊結構

表號的格式定義如圖4所示。需要解決的問題如下：

（1） 解決多個表號帶來的參數信息正確對應關系，帶頭信息中4個表號的參數信息完整，根據讀入的飛控數據解析出表號，并選用正確的參數表進行參數的解算，由于不同表號參數名稱、解算方式不同，因此需要獨立的文件輸出不同表號的結果參數列，否則數據難以判讀；

（2） 飛控塊數據掃描模塊優化：飛控塊數據不均分布在PCM格柵中，剔除PCM勤務字后，才能根據飛控塊間隔特征找出飛控塊數據，并對飛控塊數據的正確、完整性進行判讀，獲取完整的飛控塊后，才可以使用參數校線對飛控數據進行解算，高效、合理的飛控塊掃描和判讀直接影響飛控數據處理的效率；

（3） 飛控帶頭信息管理：飛控參數校準信息的定義、編輯、修改，原來飛控系統的帶頭信息只有一路，目前飛控一個架次有5流數據需要處理，除了提高飛控單流數據處理效率外，多流數據的帶頭維護需要程序支持，方便用戶一次維護多個帶頭信息，支持帶頭中參數信息的增刪改；

（4） 故障原始數據快速定位：支持故障塊數據在原始數據中的故障位置，方便用戶進行飛控原始數據的分析，幫助飛控采集系統進行故障分析；

（5） 多流數據的后期融合：提供數據融合手段，可以將同流和不同流的多組同一時間段的參數物理量結果信息進行融合，方便課題進行數據分析。

圖4 表號的格式定義

2 關鍵技術

2.1 參數文件、校線文件的優化設計

不同的數據流采集的是不同的試飛參數，不同的表號采集的是不同的試飛科目參數，每個參數有順序、字號、名稱、類型、校準信息等，將這么多參數信息寫進一個校線文件，按照軟件設計的思路，采用的存放規則是先按照流數進行存放，每一流再按照表號進行存放。用三維字符數組來存放不同數據流不同表號的參數，采用結構體存放每個參數的信息內容。

對參數文件的優化：單機版處理程序采用在參數文件首行加入數據流數來區分每個流的參數文件，由于每流數據都可能存在多表號，采用@TAB+表號數+流數@ 和“@TAB+表號數+流數END@”作為某一流某個表號參數的開始和結束標志。

網絡化處理由于所有的處理參數都存放在一個數據庫，不同的表號之間可能會存在相同的參數，采用“參數名+通道號+表號+流數”進行區分參數名，讀入參數名后，然后進行拆解流數、表號、通道號并按順序記錄每個參數的信息和對應位置。

2.2 內存映射技術

隨著試飛工作的開展，表號的切換，一個起落數據量劇增，原軟件對數據文件采用傳統的讀寫文件方式，由于不斷的在內存和磁盤之間進行切換，頻繁地執行IO操作，因此處理效率不是很高。針對這種情況，引入內存映射技術，實現讀、寫數據都在內存中進行，避免了上述情況的發生，從根本上實現了數據處理的高效運行。

按照飛控采集器的數據發送協議，正常情況下，飛控采集器在每一時刻發送完所有通道數據后，才會開始下一時刻數據發送。但是在實際使用中，經常會遇到同一時刻多通道時間不同步問題。用原處理軟件進行處理，經常會存在漏時刻輸出。針對這種情況，先進行單通道輸出數據，然后再進行多流合并數據，由于每架次數據量大、數據流數多，為了實現快速輸出，運用內存映射技術中的內存共享，將單通道輸出數據設置為內存視圖文件，減少輸出文件在磁盤和內存之間反復操作，實現數據塊的快速輸出。

3 軟件驗證

首先對軟件的功能、效率、正確性、處理異常問題的能力進行了測試，經過測試改進，該軟件運行正常，并能夠正確的解析飛控系統多流、多表號總線數據。目前該軟件已應用到實際的飛控系統數據處理中，得到課題的一致認可。其軟件的運行界面圖如圖5，圖6所示。

圖5 批處理運行界面圖

圖6 故障檢查界面圖

選取100個參數，數據量1.3 GB，用原軟件處理和現有軟件處理進行比對，結果見表1。

表1 兩種技術提取數據速度對比

[軟件＼&時間 /min＼&優化軟件＼&3＼&原軟件＼&10＼&]

4 結 語

本軟件針對多流、多表號飛控系統總線數據進行分析處理，同時對原始數據的讀取、結果文件的輸出進行優化，極大的提高了數據處理效率；軟件提供的配置文件模塊可以滿足多種數據格式的數據處理任務，同時在軟件設計中提供的源碼、計數字、故障檢查等模塊，更好地為試飛工程師分析飛控系統工作狀態，為測試工程師排除系統故障提供了重要依據，目前該款軟件已經投入使用，反應良好。

參考文獻

[1] 西安遠方航空測控技術研究所.飛控數字FTI采集器[M].西安：西安遠方航空測控技術研究所，2012.

[2] 王建軍，黨懷義.基于Web的分布式試飛數據處理系統結構設計[J].計算機測量與控制，2010，18（6）：1452?1454.

[3] RICHTER Jeffrey. Windows核心編程[M].北京：清華大學出版社，1998.

[4] 國家標準局.GB/T 8567?1988 計算機軟件產品開發文件編制指南[S].北京：國家標準局，1988.

[5] [美]John Miano，Tom Cabaski.Borland C++ builder編程指南[M].郝杰，譯.北京：電子工業出版社，1998.

[6] 張阿莉，許應康，郭永林.飛行控制總線數據網絡化處理軟件設計[J].現代電子技術，2013，36（10）：15?17.

（4） 故障原始數據快速定位：支持故障塊數據在原始數據中的故障位置，方便用戶進行飛控原始數據的分析，幫助飛控采集系統進行故障分析；

（5） 多流數據的后期融合：提供數據融合手段，可以將同流和不同流的多組同一時間段的參數物理量結果信息進行融合，方便課題進行數據分析。

圖4 表號的格式定義

2 關鍵技術

2.1 參數文件、校線文件的優化設計

不同的數據流采集的是不同的試飛參數，不同的表號采集的是不同的試飛科目參數，每個參數有順序、字號、名稱、類型、校準信息等，將這么多參數信息寫進一個校線文件，按照軟件設計的思路，采用的存放規則是先按照流數進行存放，每一流再按照表號進行存放。用三維字符數組來存放不同數據流不同表號的參數，采用結構體存放每個參數的信息內容。

對參數文件的優化：單機版處理程序采用在參數文件首行加入數據流數來區分每個流的參數文件，由于每流數據都可能存在多表號，采用@TAB+表號數+流數@ 和“@TAB+表號數+流數END@”作為某一流某個表號參數的開始和結束標志。

網絡化處理由于所有的處理參數都存放在一個數據庫，不同的表號之間可能會存在相同的參數，采用“參數名+通道號+表號+流數”進行區分參數名，讀入參數名后，然后進行拆解流數、表號、通道號并按順序記錄每個參數的信息和對應位置。

2.2 內存映射技術

隨著試飛工作的開展，表號的切換，一個起落數據量劇增，原軟件對數據文件采用傳統的讀寫文件方式，由于不斷的在內存和磁盤之間進行切換，頻繁地執行IO操作，因此處理效率不是很高。針對這種情況，引入內存映射技術，實現讀、寫數據都在內存中進行，避免了上述情況的發生，從根本上實現了數據處理的高效運行。

按照飛控采集器的數據發送協議，正常情況下，飛控采集器在每一時刻發送完所有通道數據后，才會開始下一時刻數據發送。但是在實際使用中，經常會遇到同一時刻多通道時間不同步問題。用原處理軟件進行處理，經常會存在漏時刻輸出。針對這種情況，先進行單通道輸出數據，然后再進行多流合并數據，由于每架次數據量大、數據流數多，為了實現快速輸出，運用內存映射技術中的內存共享，將單通道輸出數據設置為內存視圖文件，減少輸出文件在磁盤和內存之間反復操作，實現數據塊的快速輸出。

3 軟件驗證

首先對軟件的功能、效率、正確性、處理異常問題的能力進行了測試，經過測試改進，該軟件運行正常，并能夠正確的解析飛控系統多流、多表號總線數據。目前該軟件已應用到實際的飛控系統數據處理中，得到課題的一致認可。其軟件的運行界面圖如圖5，圖6所示。

圖5 批處理運行界面圖

圖6 故障檢查界面圖

選取100個參數，數據量1.3 GB，用原軟件處理和現有軟件處理進行比對，結果見表1。

表1 兩種技術提取數據速度對比

[軟件＼&時間 /min＼&優化軟件＼&3＼&原軟件＼&10＼&]

4 結 語

本軟件針對多流、多表號飛控系統總線數據進行分析處理，同時對原始數據的讀取、結果文件的輸出進行優化，極大的提高了數據處理效率；軟件提供的配置文件模塊可以滿足多種數據格式的數據處理任務，同時在軟件設計中提供的源碼、計數字、故障檢查等模塊，更好地為試飛工程師分析飛控系統工作狀態，為測試工程師排除系統故障提供了重要依據，目前該款軟件已經投入使用，反應良好。

參考文獻

[1] 西安遠方航空測控技術研究所.飛控數字FTI采集器[M].西安：西安遠方航空測控技術研究所，2012.

[2] 王建軍，黨懷義.基于Web的分布式試飛數據處理系統結構設計[J].計算機測量與控制，2010，18（6）：1452?1454.

[3] RICHTER Jeffrey. Windows核心編程[M].北京：清華大學出版社，1998.

[4] 國家標準局.GB/T 8567?1988 計算機軟件產品開發文件編制指南[S].北京：國家標準局，1988.

[5] [美]John Miano，Tom Cabaski.Borland C++ builder編程指南[M].郝杰，譯.北京：電子工業出版社，1998.

[6] 張阿莉，許應康，郭永林.飛行控制總線數據網絡化處理軟件設計[J].現代電子技術，2013，36（10）：15?17.

（4） 故障原始數據快速定位：支持故障塊數據在原始數據中的故障位置，方便用戶進行飛控原始數據的分析，幫助飛控采集系統進行故障分析；

（5） 多流數據的后期融合：提供數據融合手段，可以將同流和不同流的多組同一時間段的參數物理量結果信息進行融合，方便課題進行數據分析。

圖4 表號的格式定義

2 關鍵技術

2.1 參數文件、校線文件的優化設計

不同的數據流采集的是不同的試飛參數，不同的表號采集的是不同的試飛科目參數，每個參數有順序、字號、名稱、類型、校準信息等，將這么多參數信息寫進一個校線文件，按照軟件設計的思路，采用的存放規則是先按照流數進行存放，每一流再按照表號進行存放。用三維字符數組來存放不同數據流不同表號的參數，采用結構體存放每個參數的信息內容。

對參數文件的優化：單機版處理程序采用在參數文件首行加入數據流數來區分每個流的參數文件，由于每流數據都可能存在多表號，采用@TAB+表號數+流數@ 和“@TAB+表號數+流數END@”作為某一流某個表號參數的開始和結束標志。

網絡化處理由于所有的處理參數都存放在一個數據庫，不同的表號之間可能會存在相同的參數，采用“參數名+通道號+表號+流數”進行區分參數名，讀入參數名后，然后進行拆解流數、表號、通道號并按順序記錄每個參數的信息和對應位置。

2.2 內存映射技術

隨著試飛工作的開展，表號的切換，一個起落數據量劇增，原軟件對數據文件采用傳統的讀寫文件方式，由于不斷的在內存和磁盤之間進行切換，頻繁地執行IO操作，因此處理效率不是很高。針對這種情況，引入內存映射技術，實現讀、寫數據都在內存中進行，避免了上述情況的發生，從根本上實現了數據處理的高效運行。

按照飛控采集器的數據發送協議，正常情況下，飛控采集器在每一時刻發送完所有通道數據后，才會開始下一時刻數據發送。但是在實際使用中，經常會遇到同一時刻多通道時間不同步問題。用原處理軟件進行處理，經常會存在漏時刻輸出。針對這種情況，先進行單通道輸出數據，然后再進行多流合并數據，由于每架次數據量大、數據流數多，為了實現快速輸出，運用內存映射技術中的內存共享，將單通道輸出數據設置為內存視圖文件，減少輸出文件在磁盤和內存之間反復操作，實現數據塊的快速輸出。

3 軟件驗證

首先對軟件的功能、效率、正確性、處理異常問題的能力進行了測試，經過測試改進，該軟件運行正常，并能夠正確的解析飛控系統多流、多表號總線數據。目前該軟件已應用到實際的飛控系統數據處理中，得到課題的一致認可。其軟件的運行界面圖如圖5，圖6所示。

圖5 批處理運行界面圖

圖6 故障檢查界面圖

選取100個參數，數據量1.3 GB，用原軟件處理和現有軟件處理進行比對，結果見表1。

表1 兩種技術提取數據速度對比

[軟件＼&時間 /min＼&優化軟件＼&3＼&原軟件＼&10＼&]

4 結 語

本軟件針對多流、多表號飛控系統總線數據進行分析處理，同時對原始數據的讀取、結果文件的輸出進行優化，極大的提高了數據處理效率；軟件提供的配置文件模塊可以滿足多種數據格式的數據處理任務，同時在軟件設計中提供的源碼、計數字、故障檢查等模塊，更好地為試飛工程師分析飛控系統工作狀態，為測試工程師排除系統故障提供了重要依據，目前該款軟件已經投入使用，反應良好。

參考文獻

[1] 西安遠方航空測控技術研究所.飛控數字FTI采集器[M].西安：西安遠方航空測控技術研究所，2012.

[2] 王建軍，黨懷義.基于Web的分布式試飛數據處理系統結構設計[J].計算機測量與控制，2010，18（6）：1452?1454.

[3] RICHTER Jeffrey. Windows核心編程[M].北京：清華大學出版社，1998.

[4] 國家標準局.GB/T 8567?1988 計算機軟件產品開發文件編制指南[S].北京：國家標準局，1988.

[5] [美]John Miano，Tom Cabaski.Borland C++ builder編程指南[M].郝杰，譯.北京：電子工業出版社，1998.

[6] 張阿莉，許應康，郭永林.飛行控制總線數據網絡化處理軟件設計[J].現代電子技術，2013，36（10）：15?17.