基于Qt和ARINC429總線的航電仿真系統設計與實現

王嘉穎　楊榛　程耀　李興　霍凱

摘要：針對機載雷達研制過程中的實際調試需要，設計了用于模擬機上航電系統數據收發的航電仿真系統;對航電仿真系統的設計過程及ARINC429總線進行介紹，并使用Qt自定義控件開發GUI界面;測試表明，基于Qt自定義控件和ARINC429總線的航電仿真系統性功能有效，滿足機載雷達調試過程中的數據模擬需求。

關鍵詞：GUI界面;航電仿真系統;ARINC429總線

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）12-0241-03

對于雷達而言，研制過程中各分系統的通信接口調試是必不可少的，而機載雷達在交付整機前不具備與機上航電設備的實裝進行通信接口調試的條件，并且，這些外部輸入是雷達正常工作的必要條件，所以，一個能在地面配合雷達處理單元進行通信接口調試，模擬各個外部設備數據收發的航電仿真設備就顯得尤為必要。航電設備通常使用ARINC429總線進行信息傳輸，例如波音737、757和 767系列、空客A310/A320等。本文結合ARINC429總線與Qt自定義控件，設計了一套模擬機載航電設備數據收發的航電仿真系統，測試表明，該系統滿足機載雷達研制過程中的外部數據模擬需求。

1 系統設計

航電仿真系統主要用于在雷達交付主機前在實驗室環境中為某機載雷達提供輸入的測試激勵，并驗證其輸出的狀態和數據是否正常。主要工作原理為在加固筆記本的平臺下，通過GUI界面進行數據輸入并發送給雷達處理單元，完成對雷達的狀態和數據的驗證。

1.1 系統結構

航電仿真系統可以分為硬件平臺和模擬器軟件兩部分，硬件平臺由一臺裝有ARINC429板卡，配備x86平臺和Windows7操作系統的便攜式加固機構成，模擬器軟件運行于該硬件平臺上。航電仿真系統的總體設計如圖1所示。

用戶在航電仿真系統的模擬器軟件中進行輸入設置并確認發送，即可模擬出航電系統的慣導、輪載、收放裝置、電子自衛信息等數據，并以電信號的形式發送給雷達處理機，還可通過光纖發送敵我識別信息到數據分發設備并通過以太網轉發給雷達處理機。航電仿真系統的工作數據流如圖2所示。

1.2 系統硬件設計

航電仿真系統硬件采用Intel x86平臺運行Windows 7操作系統，集成ARINC429接口、RS422接口，地開信號，422電平信號等。便攜式航電仿真系統硬件組成如圖3所示。

1.3 系統軟件設計

windows 7操作系統為模擬器軟件提供了包括系統內核、設備驅動，圖形引擎等必要的軟件運行環境。針對硬件平臺，圖形界面開發選用QtCreator集成開發環境及若干封裝好的自定義控件進行二次開發。為了方便后期維護，模擬器軟件采用自頂向下的設計方法。

航電仿真系統模擬器軟件的主要功能如圖4所示，包含3個功能模塊：

（1）參數設置及發送模塊：用于模擬不同航電分系統數據，在GUI界面設置制定參數后，通過模型進行計算后動態加載參數并分別通過網口、ARINC429總線發送出去，實現參數動態模擬效果。

（2）數據接收：通過建立QTimer定時器進行定周期查詢，通過RS422串口查詢接收雷達處理單元狀態信息。

（3）數據處理與顯示：對接收到的數據進行解析處理后周期性刷新讀取，在GUI界面上指定位置顯示。

2 關鍵技術

作為一個模擬器軟件，主要實現數據的接收和發送，所以，通信功能必然是它的核心部分。與此同時，為了界面美觀，采用Qt自定義控件庫進行圖形界面開發也是本系統的關鍵技術之一。

2.1? 通信模塊設計

為了滿足可靠性要求，航電系統一般采用ARINC429總線進行數字信息傳輸，本節具體討論ARINC429總線通信模塊的設計與實現。

2.1.1? ARINC429總線

航空電子設備之間的信息傳輸具有高可靠性的要求，因此采用單工的ARINC429總線進行數字信息傳輸。ARINC429總線的最顯著特點就是單向傳輸，信息只能從發送端流往接收端，決不允許信息倒流，而且發送端只能有一個，接收端可以有多個。

ARINC429總線的基本信息單元是一個32位的數字字，主要包括5個部分：

（1）標號位（LABEL）：第1～8位，用于標識傳輸的參數，標號位的發送順序為倒序發送，先發送高位再發送低位，即依次發送位8、7、6、5、4、3、2、1。

（2）源/目的識別位（SD）：第9～10位，用于識別源/目的，因為在多系統中可能有多個源和目的。

（3）數據區（DATA）：第11～29位，用于傳輸數據，如為有符號數，則第29位為符號位，否則，全部為數據位。

（4）符號/狀態位（SSM）：第30～31位，用于標識數據字的一些特性，例如方向、符號等。

（5）奇偶校驗位（P）：第32位，用于奇偶校驗。

ARINC429總線傳輸字的典型使用格式如圖5所示。它的數據類型有BCD碼、BNR碼、離散數據、維修數據和國際化標準組織字母第5號特性數據。

2.1.2? Qt下的ARINC429數據發送

航電仿真系統中的模擬器軟件使用ARINC429總線將模擬的慣導數據發送給雷達處理單元，通過信號與槽機制，當用戶輸入慣導數據后敲回車即可調用封裝好的ARINC429總線的驅動庫，發送信息。ARINC429總線的驅動模塊主要包括以下幾個核心函數：

（1）CAV_L1_A429_RX_Channel_Init（） 初始化RX通道;

（2）CAV_L1_A429_RX_Channel_Start（） 啟動RX通道;

（3）CAV_L1_A429_TX_Channel_Init（） 初始化TX通道;

（4）CAV_L1_A429_TX_Channel_CB_TXPAllocate（） 分配TXCB和TXP;

（5）CAV_L1_A429_TX_Channel_CB_Write（） 寫TXCB;

（6）CAV_L1_A429_TX_Channel_CB_TXPWrite（） 寫TXP;

（7）CAV_L1_A429_TX_Channel_Start（） 啟動TX通道;

（8）CAV_L1_A429_TX_Channel_Stop（） 停止TX通道;

（9）CAV_L1_A429_TX_Channel_Close（） 關閉TX通道;

以上函數順序調用，即可完成由ARINC429板卡發送出模擬數據到雷達處理單元。

2.2 Qt自定義控件

使用Qt自定義控件開發GUI界面，簡單美觀，有統一的樣式色調風格，如圖6所示。將封裝好的自定義控件庫添加到Qt安裝路徑下的bin目錄中，并將其添加在QtCreator的安裝目錄下的include目錄下，即可在QtDesigner中通過拖拽控件完成界面設計。Qt的信號與槽和事件驅動機制能夠高效地對界面操作、鼠標、鍵盤事件做出響應。

3 系統驗證

完成航電仿真系統的模擬器軟件后，將可執行程序及其動態鏈接庫打包，移植到硬件平臺上運行。通過GUI界面設置參數，模擬慣導數據并發送至雷達處理單元，如圖7所示，模擬器軟件運行并設置發送數據后的控制臺打印信息正常，雷達處理單元成功收到模擬的慣導數據，說明航電仿真系統與雷達處理單元可以實現有效的信息交互，證明了航電仿真系統設計與實現的正確性。

4 結論

本文設計實現了基于Qt自定義控件和ARINC429總線的航電仿真系統，可以在研制過程中為雷達處理單元提供模擬的航電系統數據，并且能夠驗證雷達處理單元輸出的狀態和數據是否正常，有效滿足了機載雷達調試中的數據模擬需求。

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【通聯編輯：梁書】