基于B/S架構的便攜式航空總線測試儀設計

摘 要 ：在航空電子系統(tǒng)測試領域，通常需要在地面實驗室對航空設備進行航空接口總線、協(xié)議的分析與測試。為了實現(xiàn)儀器設備控制端與信號輸出端分離、儀器設備遠程控制與使用的目的，采取基于 B/S 架構的方式對傳統(tǒng)測試設備進行改進，使測試儀具有便攜性和靈活性。研究 B/S（Browser-Server）架構特點，將其應用于基于ARINC429 總線規(guī)范通信的測試儀，使用 HTML 搭建測試儀頁面，實現(xiàn)通過點擊不同 div 或按鈕完成與傳統(tǒng)測試儀相同的功能，使用 C 語言搭建后臺通信端口程序來接收相應的用戶頁面和航線可更換單元頁面數據，并發(fā)送指定數據，通過電腦等移動設備顯示，最終實現(xiàn)基于 B/S 架構的航空總線測試儀功能。經過測試，電腦等移動設備可以通過后臺通信接口程序中的 WebSocket 進行有效通信，實現(xiàn)了傳統(tǒng)測試儀接收輸出數據的功能。

0 引 言

ARINC429 總線規(guī)范是美國航空電子工程委員會于20 世紀 90 年代提出的，規(guī)范羅列了航空電子設備和相關系統(tǒng)之間數字信息傳輸的要求 [1]。在當前的航空工業(yè)中，ARINC429 總線規(guī)范的應用范圍十分廣泛，尤其在現(xiàn)代民用飛機上，幾乎所有知名度較高的民用飛機都采用了ARINC429 總線規(guī)范，包括空客 A320/A310，A330/A340，波音 B727、B737、B747、B757、B767，我國大型國產客機同樣采用了 ARINC429 總線規(guī)范 [2]。

1 測試儀設計原理

1.1 ARINC429 總線規(guī)范

ARINC429 總線是一種串行標準總線，是面向接口的單向廣播式傳輸總線，該總線只有一個發(fā)送器，但允許有至多20 個接收器 [3]?？偩€以差動輸出的對稱平衡方式工作，采用雙絞屏蔽線異步傳輸方式傳輸數據，通過標志碼區(qū)分設備和信號名稱。ARINC429 總線通信的關鍵組件是接口卡，其接口卡的設計有 2 個關鍵點 ：第一，如何方便地連接實現(xiàn) m 發(fā)n 收模塊，需要分析比較所有可能的拓撲結構，選擇其中最經濟、有效的連接拓撲。第二，如何保證 m 發(fā) n 收數據的高效率發(fā)送和正確無丟失接收，一般需要采用 FIFO 緩存和中斷相結合的方式處理 [4]。

1.2 ARINC429 總線數據規(guī)范解析

ARINC429 總線通信通過帶有奇偶校驗的 32 位信息字進行，采用雙極性歸零碼三態(tài)調制編碼方式，調制信號有3 個狀態(tài)，分別是高、零、低 [5]。圖 1 為雙極性歸零碼波形。

ARINC429 總線協(xié)議是簡單的點對點串行傳輸協(xié)議，基本數據單元為 32 位數據字，包含 5 個部分，分別為 P ：奇偶校驗位 ；SSM ：符號 / 狀態(tài)位 ；DATA ：數據位 ；SDI ：源 /目的識別位 ；LABLE ：標號。LABLE 是信息識別符，用以識別信息類型。ARINC429 的標準速率有高速模式和低速模式，分別是 100 Kb/s 和 12.5 Kb/s[6]。圖 2 為 ARINC429 格式。

1.3 B/S 架構

我們所使用的 B/S 架構在實際應用中屬于對瀏覽器服務模型的建構，該框架模型是在互聯(lián)網技術的實際應用下而產生的，在實際應用中，也可以將 B/S 框架看作是對 C/S 架構的發(fā)展和完善。在此框架下進行的相關操作，要求后臺運行人員必須通過 Web 頁面進行，并通過登錄瀏覽器實現(xiàn)授權 [7]。在 B/S 架構中，網絡上分布著各類節(jié)點，這些網絡節(jié)點可以分為瀏覽器端、服務器端和中間件，節(jié)點與節(jié)點的交互成為完成系統(tǒng)各項功能任務的關鍵。得益于 B/S 架構的分布特征，其框架下的應用程序具有開發(fā)簡單、交互性強等特點，并且在共享性和維護性方面也具備一定優(yōu)勢。B/S 架構的優(yōu)勢不僅于此，由于 B/S 架構內應用程序數據會存放于數據庫服務器，客戶端并不保存任務業(yè)務相關數據，因此在數據安全方面也有著得天獨厚的優(yōu)勢 [8]。

2 測試儀設計與實現(xiàn)

2.1 硬件設計

測試儀的主要硬件構成是一個能夠實現(xiàn)數據字協(xié)議轉換的電路板，將符合串口通信規(guī)范的數據字轉換成 ARINC429規(guī)范數據字。電路板可選擇 USB 接口或 TTL 串口，USB 接口在 PC 端的顯示為 CH340 串口，有 2 條通道，一路為發(fā)送通道，一路為接收通道。電路板指示燈有 3 個顏色，分別為藍、綠、紅，分別代指速率高低、發(fā)送狀態(tài)及接收狀態(tài)。USB 接口選用 TypeC 規(guī)范接口。圖 3 為硬件實物。

2.2 軟件設計

本文的軟件設計主要包括 2 個部分，一是基于 B/S 架構的航空總線測試儀的用戶頁面及航線可更換單元（LineReplaceable Unit, LRU）頁面部分，二是用來接收和發(fā)送數據的后臺通信接口程序 [9]。

2.2.1 用戶頁面及 LRU 頁面

用戶頁面的作用與傳統(tǒng)航空總線測試儀相同，為用戶提供操作數據發(fā)送與接收的平臺。LRU 頁面主要用于模擬LRU 功能并進行數據傳輸。由于 LRU 范圍很廣，并具備不同功能，因此 LRU 頁面也可對應開發(fā)多套，本文以常用組件 ADF 為例進行設計。

網頁版用戶頁面和 LRU 頁面通過 HTML5 編寫，利用HTML5 所編寫的程序可以通過瀏覽器在移動設備中隨時隨地打開，并通過 IP 地址訪問網頁，也可以通過特定的 IP 和編寫的后臺通信接口服務程序相互通信，發(fā)送或接收信息。此種方式可以達到分離儀器設備控制端與信號輸出端的效果，且無場地限制，可以適應多種工作環(huán)境。同時，根據需要可以通過后臺通信接口程序對網頁的接收、發(fā)送數據進行檢測，對 LRU 頁面發(fā)送的數據進行測試等。圖 4 為用戶頁面，圖 5 為 LRU 頁面。

2.2.2 后臺通信接口服務程序

后臺通信接口程序采用 C 語言編寫，主要功能是通過程序將網頁端數據字傳輸至數據字協(xié)議轉換電路板，并接收電路板數據，即起到底層通信的作用。用戶通過輸入端口序號和服務端口號進行設備鏈接。后臺接口程序在接收到從網頁傳輸來的字符串后，首先將這些信息保存至本地，再將字符串依據 429 數據字格式進行解碼，并計算出標號位、奇偶校驗位，狀態(tài)位、源 / 目的識別位等信息，有效數據按照 BCD或 BNR 的方式解碼。同樣，接口程序也可完成標準 429 數據字轉換為字符串的操作，并進行有效的數據傳遞。

3 測試與分析

3.1 測試方法

航空總線測試儀整體測試需要通過軟硬件結合的方式進行。首先檢查網頁頁面的結構和按鈕功能性，然后測試移動端和頁面之間的接口協(xié)議，檢查服務器端口連接，確定接口程序能否與端口相互連接。當確認所有軟件都能互相通信后，進行硬件連接，選擇與后臺通信服務程序相對應的端口，測試 429 數據轉換電路板能否接收到數據或者發(fā)送給瀏覽器的數據是否可以正常顯示，接收到的數據以及發(fā)送的數據是否能夠按照后臺通信接口程序要求在對應的窗口正常顯示。

3.2 通信測試

通信測試是檢查航空總線測試儀能否正常工作的核心內容。將網頁內數據發(fā)送至 429 轉換電路板，建立與后臺通信接口程序之間的通信，即測試移動端頁面與硬件之間的交互情況以及它們之間的數據通信。圖 6 為多行接收數據測試。圖中左側為有效發(fā)送數據，右側為有效接收數據，發(fā)送頻率為 200 ms/ 次。

測試表明，移動端和后臺通信接口程序的通信正常，可以通過接口程序向 429 數據協(xié)議轉換電路板傳輸正確的十六進制數據。圖 7 所示為硬件電路板發(fā)送數據測試，經過后臺通信接口程序的轉換，將要發(fā)送的數據轉換成十六進制數據顯示在移動端。

4 結 語

本文詳細分析了 ARINC429 規(guī)范，并基于 C/S 架構設計了一種便攜式航空總線測試儀，通過 HTML 搭建了用戶頁面和 LRU 頁面，實現(xiàn)了航空總線測試儀控制端與信號輸出端的分離，將局限于固定空間的傳統(tǒng)測試儀改進成可以在實驗室、車間、內場等不同工作環(huán)境使用的儀器，同時也可以通過開發(fā)配套 LRU 頁面實現(xiàn)航空總線測試儀的通用 [10]。

審核編輯 ：李倩