航電總線仿真實(shí)驗(yàn)和測(cè)試方案

方案描述：

1. 基本功能

總線仿真與測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)τ?jì)算機(jī)通道的所有ARINC429、MIL-STD-1553、AFDX總線信號(hào)、離散信號(hào)、模擬信號(hào)等進(jìn)行接收、監(jiān)控、實(shí)時(shí)記錄和數(shù)據(jù)回放，通過直觀的數(shù)據(jù)監(jiān)控，對(duì)各種信號(hào)具有從原碼到物理意義的解析功能，能快速有效的進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)、操作記錄、故障定位和狀態(tài)監(jiān)視。

結(jié)構(gòu)框圖如下：

該綜合航電仿真及測(cè)試系統(tǒng)對(duì)ARINC429、1533B、AFDX總線信號(hào)進(jìn)行仿真與測(cè)試的內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議驗(yàn)證、電氣性能、噪聲抑制、錯(cuò)誤注入、傳輸狀態(tài)等方面的測(cè)試、分析和故障診斷，并提供良好的圖形化界面完成以上仿真和測(cè)試功能。

提供的模擬輸出通道，每路電壓范圍±10V，并實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的信號(hào)測(cè)試、信號(hào)顯示、信號(hào)記錄、信號(hào)分析、記錄（報(bào)表自動(dòng)生成）、信號(hào)回放。提供2種模擬信號(hào)注入方式：自動(dòng)注入（測(cè)試設(shè)備注入）和手動(dòng)注入（1~2個(gè)外部標(biāo)準(zhǔn)源注入），注入模式的選擇由前面板的斷連塊選擇，并提供信號(hào)燈指示。

提供對(duì)離散量輸出的通道以及離散量輸入的通道。其中，離散量輸出通道由前面板開關(guān)控制，離散輸入通道用斷連塊和信號(hào)燈實(shí)現(xiàn)。并提供對(duì)離散量記錄、顯示、自動(dòng)生成報(bào)表等功能。

提供對(duì)被測(cè)計(jì)算機(jī)內(nèi)部二次電源（-5VDC、±15VDC）的檢測(cè)，實(shí)時(shí)顯示、記錄等功能。

2. 系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)

大 部分系統(tǒng)的仿真測(cè)試過程可分為數(shù)學(xué)模型仿真測(cè)試階段、單個(gè)設(shè)備的半實(shí)物仿真測(cè)試階段、多個(gè)設(shè)備的半實(shí)物聯(lián)合仿真測(cè)試階段、實(shí)物仿真測(cè)試階段等。而目前市面 上大部分仿真測(cè)試設(shè)備僅能滿足單個(gè)階段的仿真測(cè)試需求，硬件系統(tǒng)上繼承性、擴(kuò)展性較差，造成大量的硬件重復(fù)建設(shè)。并且不同階段的仿真測(cè)試設(shè)備在軟件使用習(xí) 慣上差異較大，給系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)師及檢測(cè)人員帶來大量不必要的勞動(dòng)。

因此，我們希望提供一個(gè)通用性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)的仿真與檢測(cè)系統(tǒng)解決方案，該解決方案可以滿足客戶在不同研制階段對(duì)仿真和測(cè)試的需求，減少軟件使用的熟悉時(shí)間，提高工作效率，節(jié)約硬件成本。

2.1 數(shù)學(xué)模型仿真階段

系統(tǒng)組成：

硬件：PC機(jī) + 反射內(nèi)存網(wǎng)

軟件：Windows/RTX + Matlab/Simulink + Labview

航電總線仿真系統(tǒng)硬件平臺(tái)分成主機(jī)系統(tǒng)（主控計(jì)算機(jī)）和目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)（座艙顯控系統(tǒng)、高升力控制系統(tǒng)、飛控計(jì)算機(jī)、雷達(dá)等）兩個(gè)部分。主機(jī)系統(tǒng)和目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)通過反射內(nèi)存網(wǎng)和以太網(wǎng)連接。反射內(nèi)存網(wǎng)用來實(shí)時(shí)傳輸仿真參數(shù)和仿真結(jié)果；以太網(wǎng)用來傳輸其他文件信息和交互內(nèi)容。

2.2 半實(shí)物階段：?jiǎn)蝹€(gè)設(shè)備

系統(tǒng)組成：

硬件：PC機(jī) + 反射內(nèi)存網(wǎng) + 總線仿真與檢測(cè)設(shè)備

軟件：Windows/RTX + Matlab/Simulink + Labview + Vxworks

在半實(shí)物階段，可以用反射內(nèi)存網(wǎng)和航電總線仿真與檢測(cè)設(shè)備搭建該階段的仿真系統(tǒng)。主機(jī)完成仿真模型的建立和修改，航電總線仿真與檢測(cè)設(shè)備完成仿真模型的運(yùn)行和與航電總線的數(shù)據(jù)交互的ICD和DDR文件控制。在航電總線仿真與檢測(cè)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)航電設(shè)備的動(dòng)態(tài)仿真，滿足飛機(jī)航電系統(tǒng)地面動(dòng)態(tài)仿真試驗(yàn)的要求。

2.3 半實(shí)物階段：多個(gè)設(shè)備

系統(tǒng)組成：

硬件：PC機(jī) + 反射內(nèi)存網(wǎng) + 多個(gè)總線仿真與檢測(cè)設(shè)備

軟件：Windows/RTX + Matlab/Simulink + Labview + Vxworks

主機(jī)系統(tǒng)利用MATLAB和Simulink創(chuàng)建系統(tǒng)模型、分析模型并初步測(cè)試，通過定制的模板和腳本、自動(dòng)代碼生成工具將模型轉(zhuǎn)化為C代碼并編譯，通過反射內(nèi)存實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)將可執(zhí)行文件分配到目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)上實(shí)時(shí)運(yùn)行。同時(shí)通過Simulink下的I/O模塊庫，各目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)中的模塊通過I/O板卡與外部系統(tǒng)連接。反射內(nèi)存網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)各目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，因此，目標(biāo)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)模型的實(shí)時(shí)運(yùn)行、參數(shù)在線整定、數(shù)據(jù)采集、事件監(jiān)視。整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)人員可以完全在Simulink級(jí)工作，不需要寫代碼，就可以將建立的模型實(shí)時(shí)在硬件回路中運(yùn)行。

綜上所述，該綜合航電總線仿真與測(cè)試系統(tǒng)主要用于半實(shí)物仿真測(cè)試階段，它不僅能滿足實(shí)時(shí)仿真與檢測(cè)等功能需求，同時(shí)還具有應(yīng)用靈活，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

3. 方案評(píng)估

上述方案，不僅可以滿足客戶的對(duì)航電總線、模擬數(shù)字信號(hào)、電源檢測(cè)的需求，還易于擴(kuò)展，構(gòu)建仿真系統(tǒng)，完成PFC交聯(lián)航電環(huán)境、高升力控制系統(tǒng)、自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)等模型的仿真，滿足用戶在不同研制階段對(duì)仿真檢測(cè)的需求。

3.1 智能化

總線功能模塊采用已經(jīng)被廣泛證實(shí)的GE航電適配卡，可以可靠、高效的完成總線仿真和測(cè)試任務(wù)。同時(shí)，軟件提供一鍵式操作，即可智能地完成對(duì)ARINC429、1553B、AFDX總線的各個(gè)方面的測(cè)試、記錄，對(duì)自動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，監(jiān)控被測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)，有錯(cuò)誤預(yù)警功能；在錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)能進(jìn)行故障定位。

3.2 模塊化

將總線功能模塊和模擬、數(shù)字信號(hào)仿真檢測(cè)模塊分離，分別由2個(gè)主控板控制，有利于降低各個(gè)主控板的負(fù)荷，提高主控板的運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。軟件設(shè)計(jì)的模塊化，可方便地修改或添加系統(tǒng)功能，便于滿足客戶需求改變和功能升級(jí)。開放的數(shù)據(jù)監(jiān)控API，可方便用戶擴(kuò)展監(jiān)控終端的數(shù)量。目標(biāo)機(jī)仿真接口庫，使用戶可以進(jìn)行二次開發(fā)，定制出完全適合自己的主控程序。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化

系統(tǒng)通過以太網(wǎng)，提供遠(yuǎn)程操控接口。在VxWorks中搭建Webserver，可通過以太網(wǎng)用頁面訪問測(cè)試系統(tǒng)，可發(fā)送、啟動(dòng)、暫停或是停止測(cè)試等控制命令，也可以通過以太網(wǎng)或?qū)崟r(shí)網(wǎng)來擴(kuò)展監(jiān)控終端，解決了地域限制。同時(shí)，用戶方便的下載和管理仿真、測(cè)試數(shù)據(jù)。

3.4 實(shí)時(shí)性

反射內(nèi)存卡的VMIC5565系列，傳輸速度達(dá)到174M字節(jié)/秒。使用光纖，可以連接更多節(jié)點(diǎn)（最大到256個(gè)節(jié)點(diǎn)），具有很高的抗干擾能力。測(cè)試結(jié)果表明，從數(shù)據(jù)寫入RAM到傳到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)的反射內(nèi)存卡上，只有不到400納秒的時(shí)延，可保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)使用反射內(nèi)存網(wǎng)用戶可以方便搭建不同研制階段的仿真測(cè)試平臺(tái)，易于擴(kuò)展。