基于LabVIEW的ARINC429總線信號仿真和測試系統設計

史杰

摘 要：為了協助某型飛機液壓能源系統和起落架系統總裝調試和外場排故，設計開發了一套基于LabVIEW便攜式ARINC429總線信號仿真和測試系統。除了顯示總線數據中的原始二進制數，另外根據飛機系統接口控制文件中的數據定義，在程序中實現了數據解析和數據的轉換，并使數據以直觀的圖表顯示。現場實際的使用效果表明該系統能有效提高液壓能源系統和起落架系統總裝調試時的效率，減少外場排故時間。

關鍵詞：ARINC429 總線數據 LabVIEW

中圖分類號：TP206 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0067-02

ARINC429總線廣泛應用于航空機載設備，對429總線的測試需求導致了各種測試系統的出現[1-3]。在某型飛機的液壓能源和起落架系統總裝調試過程中，由于航電機組成員告警系統和中央維護系統安裝調試未完成，系統的單獨調試缺乏對總線信號的模擬和測試而困難重重，當航電系統存在錯誤時，單是依靠機組告警顯示頁就很難定位故障，因為有時故障是顯示頁面本身。通用的ARINC429總線測試設備只顯示32比特數據，不能直觀的反應系統的狀態和參數的變化，工程人員需要根據接口控制文件挨個查閱并換算總線的二進制數為系統參數，增加了系統調試的時間。在外場排故過程中，時間更為寶貴，需要快速定位并排除故障。綜合上述的應用場合，測試系統不僅需要讀取并解析總線數據，確保發送給系統或者系統發出的數據正常；還需要仿真總線數據，用于模擬系統狀態或故障信息；對數據的顯示需要直觀，能一目了然發現狀態異常的信號；此外還對設備的便攜性有一定要求。

1 ARINC429總線

ARINC429總線協議是美國航空電子工程委員會（Airlines Engineering Committee）提出的航空數字總線傳輸標準，協議標準規定了航空電子設備及有關統間的數字信息傳輸規范。

ARINC429協議以單向方式傳輸數字數據信息，傳輸速率分高低兩檔，高速狀態的位速率為100 Kb/s，低速狀態的位速率12.5 Kb/s。

ARINC429總線數據每個字由32位組成，見圖1。其中，第32位為奇偶校驗位（Parity bit），它用于檢查發送的數據在傳輸過程中是否有丟失或破壞。29位或30位到31位為符號狀態矩陣位（Sign/Status Matrix，SSM），它指出數據的特性。11位到28位或29位是數據位。比特組（Bit-field），二-十進制代碼（Binary Coded Decimal，BCD）和二進編碼數（Binary Number Representation，BNR）是常見的數據位字的編碼類型。9位到10位是源終端識別（Source/Destination Identifiers，SDI），用于標識數據發送源。1位到8位是標號位（LABEL），用以區別不同的數據字。

總線數據的解析需使用在飛機系統接口控制文件（Interface Control Document，ICD）。ICD文件定義了不同系統間通訊數據的解析規則和各比特位代表的意義。把ICD文件中的數據解析方式在測試系統中編程實現，并以圖表等控件直觀顯示，可免除工程技術人員在現場查閱ICD和換算數據，而且系統狀態和參數一目了然，節省了調試排故時間。

數據位傳輸主要的數據類型為BNR （Binary，BNR），BCD（Binary Coded Decimal，BCD）和離散數據，維護數據及通知，以及Williamsburg/Buckhorn協議。

其中BNR類型中第29位為符號位，第28位為數據最重要的比特位（Most Significant Bit，MSB），定義為參數值最大值的1/2。第27定義為第28位的值的1/2，或者定義為參數最大值的1/4，數據位中的其他位的定義依次類推。

BCD數據位二進制編碼的十進制，用4個比特位標識一個十進制數。一個數據字最多可以表示5個十進制數。當有MSB時，最多可以表示3個十進制數。如果MSB位大于7，則27～29位為零，

離散數據可以是BNR和BCD數據的組合，也可以是單獨一個比特位代表設備的一個狀態，一個比特位大多用于表示兩個狀態。例如失效/正常，激活/非激活，正確和錯誤。

維護數據和通知需要兩根ARINC429總線進行雙向通信，通常需要面向比特位的通信協議如Williamsburg/Buckhorn協議。

Williamsburg/Buckhorn協議是一個用于在ARINC總線上傳輸文件的協議。

2 硬件架構

系統架構采用了虛擬儀器的設計思路。虛擬儀器是基于計算機的儀器，實際上是一個按照儀器需求組織的數據采集系統。以通用的計算機硬件及操作系統為依托，實現各種儀器功能。與傳統儀器相比，虛擬儀器具有性能高，擴展性強，開發時間短，無縫集成軟硬件等特點。硬件架構相對簡單，板卡只負責數據采集和發送功能，對數據的處理都在軟件中進行，充分利用計算機處理器的強大計算能力。

在方案設計中硬件選用GE CEI-715 ARINC429信號收發板卡，該款板卡使用筆記本PCMCIA插槽，可以方便將其插入通用筆記本電腦中，方便外場排故時攜帶。板卡自帶有接口適配器（線纜），從飛機系統引出的ARINC429總線可通過插針的方式接入接口適配器。所采用GE CEI-715板卡有2個接收通道和2個發送通道。板卡應用程序接口支持LabVIEW對其進行編程開發。系統硬件的架構和GE CEI-715板卡見圖2。

3 軟件架構

軟件采用模塊化設計，把可重復使用的功能做成一個模塊，方便以后對程序的擴展。主體由5大模塊組成，分別是用戶權限控制模塊、數據發送模塊、數據接收模塊，數據解析模塊和數據保存模塊。其中數據解析模塊可根據不同的系統進行定制和擴展，測試不同的系統時，只需調用不同的解析模塊就能完成測試系統組建，軟件架構見圖3。endprint

用戶權限控制模塊用于控制用戶的登陸，只有被允許的賬號和密碼才能登陸系統。

數據接收模用于驅動板卡接收數據，所得到的數據是最原始的32位比特數據。

數據發送模塊用于驅動板卡發送數據，發送的數據數據解析模塊轉換過的數據。

數據解析模塊對32位比特數據按照ICD中的定義進行數據解析或者二進制轉換。解析用于接收并顯示數據，而二進制轉換用于驅動板卡發送數據。

數據保存模塊對原始32位比特數據進進行保存，用于事后重現測試的結果和進行分析。

4 程序流程圖

系統程序采用LabVIEW開發，而作為一種圖形化的編程語言的開發環境， LabVIEW則采用數據流編程方式，適合現場快速調試和修改程序。LabVIEW提供很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實現不同的儀器儀表的功能，相當于軟件即硬件，非常方便。

程序的流程圖見圖4。由圖可見，程序首先讀取人機界面上板卡的配置并初始化板卡，然后從Excel文件讀取需要發送和接收的數據。將數據配置文件用Excel文件形式保存，是為了便于修改發送或接收的信號數量和設置，無需對程序內部進行修改。對于數據接收端，數據被板卡接收后以32位字的形式顯示在人機界面上，后臺保存最原始的數據。解析后的數據在人機界面上以模擬量、離散量和航電告警信息顯示。對于數據發送端，人機界面上允許用戶以模擬量、離散量形式對發送數據進行實時修改，修改后的數據被轉化成二進制寫入發送字節中，最后程序驅動板卡發送模擬的總線數據。

5 人機界面

人機界面的設計的宗旨是要直觀地顯示數據，方便工程技術人員查看和操作。采用顏色變化，告警等在界面地顯示數據的變化。程序界面主要分為六大面板，見圖5，依次為板告警顯示面（A），解析數據顯示面板/發送數據修改面板（B），原始數據（32位429數據）顯示面板（C）、板卡配置面板（D）、程序主要操作面板（E）和數據保存面板（F）。

告警顯示面板（A）讀取總線信號中有關航電告警的數據位，程序找出數據位對應的告警信息并顯示，顯示方式與飛機的告警方式類似，顯示信號示例見圖6。

解析數據示面板/發送數據修改面板（B）在同一區域，通過頁面按鈕切換。數據解析后的數據以刻度表，溫度計，進度條，開關等形式顯示出來，方便工程人員直觀地查看。發送數據修改面板與解析數據面板上的控件類似，只是發送面板上的控件可對發送數據進行實時修改。

原始數據顯示面板（C）顯示了原始的32位ARINC429信號，并且以ARINC429信號數據字定義的形式（圖1）劃分了各個數據位，方便查看信號原始位。

板卡配置面板（D）主要用于配置板卡的通道數，選擇接收和發送通道，選擇發送和接收的速率。可以選擇同時收發，也可選擇單獨收發。

程序主要操作面板（E）用于用戶操作程序的啟停。

數據保存面板（F）用于保存C面板中的原始32比特數據，方便后期處理和回放。

6 結語

所開發的ARINC429測試和仿真系統在普通ARINC429信號測試與仿真功能的基礎上將ICD文件對數據的解析融合到測試系統中去，直觀的數據顯示界面有利于工程技術人員對數據的查看和設置。采用的筆記本和PCMCIA板卡的配置提供了很大的便攜性。在對飛機總裝和現場排故中，可幫助工程人員快速定位故障，節省調試和排故時間，有一定的工程實用價值。

參考文獻

[1] 顧世哲，等.ARINC429測試系統設計與總線數據描述方法研究[J].航空計算技術，2006，36（3）：22-24.

[2] 權巍，等.ARINC429總線通訊軟件測試環境的構建[J].計算機測量與控制，2008，16（12）：1783-1785.

[3] 陳凱，等.基于USB總線的ARINC429總線測試儀設計[J].飛行器測控學報，2006，25（2）：90-93.endprint

用戶權限控制模塊用于控制用戶的登陸，只有被允許的賬號和密碼才能登陸系統。

數據接收模用于驅動板卡接收數據，所得到的數據是最原始的32位比特數據。

數據發送模塊用于驅動板卡發送數據，發送的數據數據解析模塊轉換過的數據。

數據解析模塊對32位比特數據按照ICD中的定義進行數據解析或者二進制轉換。解析用于接收并顯示數據，而二進制轉換用于驅動板卡發送數據。

數據保存模塊對原始32位比特數據進進行保存，用于事后重現測試的結果和進行分析。

4 程序流程圖

系統程序采用LabVIEW開發，而作為一種圖形化的編程語言的開發環境， LabVIEW則采用數據流編程方式，適合現場快速調試和修改程序。LabVIEW提供很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實現不同的儀器儀表的功能，相當于軟件即硬件，非常方便。

程序的流程圖見圖4。由圖可見，程序首先讀取人機界面上板卡的配置并初始化板卡，然后從Excel文件讀取需要發送和接收的數據。將數據配置文件用Excel文件形式保存，是為了便于修改發送或接收的信號數量和設置，無需對程序內部進行修改。對于數據接收端，數據被板卡接收后以32位字的形式顯示在人機界面上，后臺保存最原始的數據。解析后的數據在人機界面上以模擬量、離散量和航電告警信息顯示。對于數據發送端，人機界面上允許用戶以模擬量、離散量形式對發送數據進行實時修改，修改后的數據被轉化成二進制寫入發送字節中，最后程序驅動板卡發送模擬的總線數據。

5 人機界面

人機界面的設計的宗旨是要直觀地顯示數據，方便工程技術人員查看和操作。采用顏色變化，告警等在界面地顯示數據的變化。程序界面主要分為六大面板，見圖5，依次為板告警顯示面（A），解析數據顯示面板/發送數據修改面板（B），原始數據（32位429數據）顯示面板（C）、板卡配置面板（D）、程序主要操作面板（E）和數據保存面板（F）。

告警顯示面板（A）讀取總線信號中有關航電告警的數據位，程序找出數據位對應的告警信息并顯示，顯示方式與飛機的告警方式類似，顯示信號示例見圖6。

解析數據示面板/發送數據修改面板（B）在同一區域，通過頁面按鈕切換。數據解析后的數據以刻度表，溫度計，進度條，開關等形式顯示出來，方便工程人員直觀地查看。發送數據修改面板與解析數據面板上的控件類似，只是發送面板上的控件可對發送數據進行實時修改。

原始數據顯示面板（C）顯示了原始的32位ARINC429信號，并且以ARINC429信號數據字定義的形式（圖1）劃分了各個數據位，方便查看信號原始位。

板卡配置面板（D）主要用于配置板卡的通道數，選擇接收和發送通道，選擇發送和接收的速率。可以選擇同時收發，也可選擇單獨收發。

程序主要操作面板（E）用于用戶操作程序的啟停。

數據保存面板（F）用于保存C面板中的原始32比特數據，方便后期處理和回放。

6 結語

所開發的ARINC429測試和仿真系統在普通ARINC429信號測試與仿真功能的基礎上將ICD文件對數據的解析融合到測試系統中去，直觀的數據顯示界面有利于工程技術人員對數據的查看和設置。采用的筆記本和PCMCIA板卡的配置提供了很大的便攜性。在對飛機總裝和現場排故中，可幫助工程人員快速定位故障，節省調試和排故時間，有一定的工程實用價值。

參考文獻

[1] 顧世哲，等.ARINC429測試系統設計與總線數據描述方法研究[J].航空計算技術，2006，36（3）：22-24.

[2] 權巍，等.ARINC429總線通訊軟件測試環境的構建[J].計算機測量與控制，2008，16（12）：1783-1785.

[3] 陳凱，等.基于USB總線的ARINC429總線測試儀設計[J].飛行器測控學報，2006，25（2）：90-93.endprint

用戶權限控制模塊用于控制用戶的登陸，只有被允許的賬號和密碼才能登陸系統。

數據接收模用于驅動板卡接收數據，所得到的數據是最原始的32位比特數據。

數據發送模塊用于驅動板卡發送數據，發送的數據數據解析模塊轉換過的數據。

數據解析模塊對32位比特數據按照ICD中的定義進行數據解析或者二進制轉換。解析用于接收并顯示數據，而二進制轉換用于驅動板卡發送數據。

數據保存模塊對原始32位比特數據進進行保存，用于事后重現測試的結果和進行分析。

4 程序流程圖

系統程序采用LabVIEW開發，而作為一種圖形化的編程語言的開發環境， LabVIEW則采用數據流編程方式，適合現場快速調試和修改程序。LabVIEW提供很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實現不同的儀器儀表的功能，相當于軟件即硬件，非常方便。

程序的流程圖見圖4。由圖可見，程序首先讀取人機界面上板卡的配置并初始化板卡，然后從Excel文件讀取需要發送和接收的數據。將數據配置文件用Excel文件形式保存，是為了便于修改發送或接收的信號數量和設置，無需對程序內部進行修改。對于數據接收端，數據被板卡接收后以32位字的形式顯示在人機界面上，后臺保存最原始的數據。解析后的數據在人機界面上以模擬量、離散量和航電告警信息顯示。對于數據發送端，人機界面上允許用戶以模擬量、離散量形式對發送數據進行實時修改，修改后的數據被轉化成二進制寫入發送字節中，最后程序驅動板卡發送模擬的總線數據。

5 人機界面

人機界面的設計的宗旨是要直觀地顯示數據，方便工程技術人員查看和操作。采用顏色變化，告警等在界面地顯示數據的變化。程序界面主要分為六大面板，見圖5，依次為板告警顯示面（A），解析數據顯示面板/發送數據修改面板（B），原始數據（32位429數據）顯示面板（C）、板卡配置面板（D）、程序主要操作面板（E）和數據保存面板（F）。

告警顯示面板（A）讀取總線信號中有關航電告警的數據位，程序找出數據位對應的告警信息并顯示，顯示方式與飛機的告警方式類似，顯示信號示例見圖6。

解析數據示面板/發送數據修改面板（B）在同一區域，通過頁面按鈕切換。數據解析后的數據以刻度表，溫度計，進度條，開關等形式顯示出來，方便工程人員直觀地查看。發送數據修改面板與解析數據面板上的控件類似，只是發送面板上的控件可對發送數據進行實時修改。

原始數據顯示面板（C）顯示了原始的32位ARINC429信號，并且以ARINC429信號數據字定義的形式（圖1）劃分了各個數據位，方便查看信號原始位。

板卡配置面板（D）主要用于配置板卡的通道數，選擇接收和發送通道，選擇發送和接收的速率。可以選擇同時收發，也可選擇單獨收發。

程序主要操作面板（E）用于用戶操作程序的啟停。

數據保存面板（F）用于保存C面板中的原始32比特數據，方便后期處理和回放。

6 結語

所開發的ARINC429測試和仿真系統在普通ARINC429信號測試與仿真功能的基礎上將ICD文件對數據的解析融合到測試系統中去，直觀的數據顯示界面有利于工程技術人員對數據的查看和設置。采用的筆記本和PCMCIA板卡的配置提供了很大的便攜性。在對飛機總裝和現場排故中，可幫助工程人員快速定位故障，節省調試和排故時間，有一定的工程實用價值。

參考文獻

[1] 顧世哲，等.ARINC429測試系統設計與總線數據描述方法研究[J].航空計算技術，2006，36（3）：22-24.

[2] 權巍，等.ARINC429總線通訊軟件測試環境的構建[J].計算機測量與控制，2008，16（12）：1783-1785.

[3] 陳凱，等.基于USB總線的ARINC429總線測試儀設計[J].飛行器測控學報，2006，25（2）：90-93.endprint