基于1394B总线的直升机飞管系统仿真验证环境设计

付益恺 孟文杰

（中国直升机设计研究所 江西省景德镇市 333001）

直升机飞管系统实现了飞行控制、机电综合管理、直升机健康管理等功能的综合，提高了直升机的总体性能、飞行安全和任务效能，有效减轻了系统重量，是直升机机载系统领域的发展趋势。于此相对应的，飞管系统相较于传统的分立式控制系统对于数据传输的快速性、可靠性和确定性提出了更高的要求。如何保证数据传输准确性的同时提高数据传输的速率，是飞管系统研制过程中需要解决的一个难题。在国内外直升机领域的相关应用中，对于各分系统间的数据传输通常通过选用ARINC429、MIL_STD_1553B、RS422等数据总线来实现。以ARINC429 数据总线为例，其传输速率为100kbps，可传输消息最大长度为1 个字（32 位），每条总线上可以连接不超过20 个的接收器，采用单工工作方式，无论从传输速率还是数据带宽上都难以满足直升机飞管系统的需求。相较于传统总线标准，1394B 总线能够提供千兆速度扩展的特性和机制，以及在100m 的距离内发出信号的能力，能够满足直升机飞管系统对于数据传输的需求。针对1394B 总线协议的特点以及直升机飞管系统的应用场景，本文设计了一种基于1394B 总线的直升机飞管系统仿真验证环境，以验证直升机飞管系统使用1394B 总线进行数据传输的可行性。

1 1394B总线仿真验证环境拓扑

1394B 总线试验验证环境由四余度总线网络、总线数据采集与分析环境、总线协议分析及故障激励环境和综合显示环境构成。每个余度总线网络包含两条总线，其中总线1 包括CC 节点、飞控远程节点和机电远程节点，总线2 包括CC 节点和任务远程节点。各余度CC 节点间通过CCDL 总线进行连接，实现余度间的同步和数据交换。总线数据采集与分析环境、总线协议分析及故障激励环境和综合显示环境主要用于总线网络数据采集、总线行为监控以及总线网络状态的综合显示。通过在该环境中设计总线网络核心协议及总线架构，并利用配套仿真、测试与显示环境，完成对1394B 总线协议、时序、接口逻辑和数据流的仿真评估。

2 1394B总线仿真验证环境组成

2.1 总线网络控制管理原理演示验证环境（简称CC&CCDL仿真器）

用于模拟1394 总线网络中CC 节点的总线接口行为和功能，并实现CC 节点间的总线同步及CCDL 功能，总线网络控制管理原理演示验证环境由总线网络演示验证环境CC&CCDL 接口仿真设备（总线仿真板卡及配套上位机）及总线网络控制管理原理演示验证环境软件（CC&CCDL 仿真器软件）组成。

2.2 RN仿真器

用于模拟1394 总线网络中远程节点总线接口行为和功能，验证安全关键系统与非安全关键系统的数据传输是否满足系统需求。RN 仿真器包括飞控/机电系统总线网络节点演示验证环境（以下简称飞控/机电远程节点仿真器）和任务系统总线网络节点演示验证环境（以下简称任务远程节点仿真器），RN 仿真器由总线网络演示验证环境通用仿真设备（仿真板卡及配套上位机）及飞控/机电/任务系统总线网络节点演示验证软件组成。

2.3 总线数据采集与分析软件

用于采集、存储和分析在总线上传输的所有数据，并将关键信息传输至总线网络演示验证环境信息综合显示系统进行综合显示。

图1：总线数据采集与分析环境采集脚蹬指令变化

图2：事件应答数据包发送前

图3：事件应答数据包发送后

图4：综合显示环境故障显示

2.4 总线协议分析及故障激励环境

用于采集总线上传输的原始数据，实现对节点的操作，包括节点端口使能、强制根节点等，同时监控总线状态，包括总线拓扑监控、节点状态监控以及总线复位监控等。

2.5 综合显示环境

通过接收总线数据采集与分析环境转发的数据显示如下信息：

（1）飞机管理系统与总线的健康状态；

（2）总线网络数据传输情况；

（3）各总线节点监控产生的总线网络故障告警信息。

3 典型应用场景

3.1 1394B总线网络数据传输过程

设置飞控远程节点前端传感器采集数据数值，通过总线网络将数据传输至四余度CC&CCDL 仿真器，CC&CCDL 仿真器进行数据表决，产生后端执行机构指令信号，并将该指令信号传输至飞控远程节点，同时监控飞控远程节点回传的后端执行机构状态。在此过程中，可执行如下操作：

（1）更改飞控远程节点数据；

（2）记录、分析总线网络数据信息流（飞控远程节点、CC&CCDL 仿真器及CCDL 数据）；

（3）查看综合显示环境实时监控信息。

3.2 不确定性数据传输过程

可通过任务远程节点仿真器和CC&CCDL 仿真器进行事件消息发送与应答回复，实现总线网络中不确定性数据的传输。在传输过程中，可注入非法事件请求、SVPC 故障、重复事件请求等，以此验证不确定性数据传输逻辑，并通过综合显示环境进行实时观察和确认。

3.3 故障激励与总线网络状态监控

通过总线协议分析及故障激励环境进行总线网络故障激励，利用总线数据采集与分析环境及综合显示环境记录、观察总线网络中各节点对故障的响应及总线网络在故障后的运行状态。总线网络故障激励包括：

（1）总线协议故障激励，包括非法消息故障、数据包大小故障、发送偏移故障、数据包目的通道故障等；

（2）数据包故障注入，包括STOF 包周期故障/HVPC 故障、异步流包心跳故障/SVPC 故障/CRC 故障等；

（3）总线网络拓扑故障，包括总线复位故障、总线节点数故障、根节点故障等。

4 仿真结果

4.1 总线网络数据传输仿真

总线正常启动后，利用firespy 验证FCS_DATA1_A 数据包是否符合规定的异步流包格式。

设置飞控远程节点发送的FCS_DATA1_A 数据包中脚蹬指令由0 置1，观察总线数据采集与分析环境收到的数据是否正确。仿真结果如图1 所示。

如图所示，总线数据采集与分析环境能够正确采集飞控远程节点发送的数据。

4.2 不确定性数据传输仿真

总线正常启动后，通过任务远程节点（DMP 节点）上层应用软件触发自动驾驶接通请求事件，查看CC&CCDL 仿真器能否做出正确应答并在综合显示系统上正确显示自驾模态的变化。仿真结果如图2、图3 所示。

如图所示，事件与应答数据包发送与接收功能正常，满足要求。

4.3 故障注入仿真

总线正常启动后，通过飞控远程节点（FCS 节点）上层应用软件注入异步流包SVPC 故障，查看综合显示系统能否申报相应故障。仿真结果如图4 所示。

如图所示，FCS 故障列表和RIU 故障列表均报出故障，满足要求。

5 结束语

直升机飞管系统仿真验证环境是依据实际应用所需的电气接口、传输速率、工作周期等一系列技术要求进行设计与实现的。其采用模块化、通用化的设计，具有良好的维修性、互换性及可扩展性，后续还可根据使用需求进行进一步的功能拓展。本方案在设计时采用了多余度的系统架构，可进行余度表决、通道交叉传输等功能的仿真和测试，且各节点均具备软硬件故障的检测和定位能力。此外，仿真验证环境还具备故障注入能力，可向系统内的各节点中注入总线协议故障、数据包故障、总线网络拓扑故障，几乎囊括了直升机飞管系统在真实运行环境中所能遭遇的所有数据通讯故障，可有效检验系统和部件对于故障的响应和处置能力。综上所述，该套仿真验证环境可有效提高直升机飞管系统在桌面仿真和半物理仿真阶段的实验效率和准确度，具有较高的工程应用价值。