摘要：為了使IEEE 1394在軍事和飛行器中的安全關鍵／任務關鍵系統(tǒng)中應用，對IEEE 1394協(xié)議的擴展和約束。提出一種基于AS5463協(xié)議的飛行管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)設計方法，探討了AS5463協(xié)議在飛管總線中應用的優(yōu)點及可能性。仿真系統(tǒng)硬件通過AS5463協(xié)議通信卡及工控機實現，軟件通過模塊化設計方法實現。通信仿真系統(tǒng)實現了各子系統(tǒng)相關數據的傳送、處理，以及相關信息的實時顯示。測試表明，飛行管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)工作正常、性能良好，能實現測試設備之間高速率的數據傳輸與轉換，具有良好的實用價值。
關鍵詞：飛行管理；AS5463協(xié)議；AS5463協(xié)議通信卡；通信仿真系統(tǒng)

    在飛機的機載設備中，系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和部件之間存在著大量信息需要傳遞。這些信息要求通信實時、準確，同時在機載設備中希望飛行管理系統(tǒng)控制起來更加靈活，與其他子系統(tǒng)通信更加合理，所以應盡量降低飛行管理系統(tǒng)中電氣連線的復雜性，那么選用一種合適的總線來承擔此任務是至關重要的。使用AS5643協(xié)議的IEEE 1394總線其設計思想獨特、性能優(yōu)良并且可靠性極高，可以很好完成上述任務，所以將基于AS5643協(xié)議的IEEE 1394總線應用在飛行管理系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)中，可以說是對于航空領域應用的一次新的嘗試。本文遵循AS5643協(xié)議，傳輸總線采用IEEE 1394總線，仿真機的通信系統(tǒng)采用工控機子系統(tǒng)，其整個通信系統(tǒng)拓撲采用總線型拓撲結構。該模型可用于仿真飛機某些子系統(tǒng)的功能、估算總線性能情況，測試仿真系統(tǒng)的執(zhí)行效率和穩(wěn)定性，為基于AS5643協(xié)議的IEEE1394總線在航空領域的應用提供案例。

1 仿真系統(tǒng)的功能
    基于AS5643協(xié)議的IEEE 1394總線飛行管理仿真系統(tǒng)分為CC(控制計算機)，RN(遠程節(jié)點)和BM(總線監(jiān)控)三個子系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)必須實現各子系統(tǒng)之間準確、實時的數據傳輸，并能夠根據用戶需求設置各種系統(tǒng)通信參數，諸如發(fā)送方式、通信方式、通信速率、周期、定時等，顯示仿真通信參數、本機參數、定時信息、心跳字信息、系統(tǒng)參數等，實時更新展示系統(tǒng)接收的最新數據，保存通信數據。基于AS5643協(xié)議的IEEE 1394通信總線仿真系統(tǒng)由軟件和硬件兩部分組成。軟件的主要功能是根據相應工作狀態(tài)對數據進行處理、顯示以及傳輸。硬件主要包括PCI_1394，PCIE_1394，CPCL1394，USB_1394通信接口板、仿真計算機及IEEE 1394總線等，該總線的拓撲結構為總線型拓撲結構。典型的基于AS5643協(xié)議的IEEE 1394總線的三余度飛行管理仿真系統(tǒng)的拓撲結構如圖1所示。

2 仿真系統(tǒng)的功能
    整個仿真系統(tǒng)硬件設計的關鍵部分是AS5643協(xié)議通信卡，主要由三大部分組成，包括PCI／PCI-E總線接口部分、通信控制部分和IEEE 1394總線接口部分。其電路設計的原理框圖如圖2所示。其中使用PCI9052作為PCI協(xié)議通信芯片，使用PLX8111作為PCI-E協(xié)議通信芯片，并使用512 MB RAM來緩存數據。

2．1 硬件設計
    AS5643協(xié)議通信卡的特性包括以下幾點：
    (1)采用FPGA處理AS5643協(xié)議，設計更加靈活，通過更改FPGA邏輯就可以實現CC／RN／BM節(jié)點功能，而且處理速度更快；
    (2)應用API操作接口簡潔，上層應用只需實現系統(tǒng)狀態(tài)控制、數據啟動停止，數據填充等基本操作；
    (3)為提高系統(tǒng)實時性，AS5643協(xié)議全部通過硬件邏輯實現；
    (4)FPGA在邏輯設計保留多種通信接口，方便系統(tǒng)設計與維護。
    FPGA器件選型時充分考慮AS5643協(xié)議處理要求，從邏輯規(guī)模、資源等方面綜合評估，選用Xilinx公司高速芯片。
2．2 硬件實現
    AS5643協(xié)議通信卡設計由三部分組成，便于根據需要進行接口變更，包括：PCI／PCIE／USB／CPCI母卡、FPGA子卡和鏈路物理層子卡。CC／RN／BM上的AS5643協(xié)議功能由FPGA子卡上的邏輯實現。同時鏈路物理層子卡上的物理層芯片TSB41BA3B和鏈路層芯片TSB12LV32由FPGA子卡操縱，實現IEEE 1394的物理層特性和鏈路層規(guī)程。而PCI／PCIE／USB／CPCI接口控制、AS5643協(xié)議、配置表的硬件加載、硬件邏輯自測試和健康監(jiān)控等功能由FPGA實現，其原理框圖如圖2所示。

3 軟件設計
    系統(tǒng)軟件開發(fā)設計基于是Windows XP操作系統(tǒng)，采用Visual Studio 2008開發(fā)，使用面向對象的設計方法開發(fā)。系統(tǒng)軟件的結構分為5層，如圖3所示。

    五層中，L0層為驅動，采用DDK進行開發(fā)，直接訪問硬件資源和FPGA協(xié)調工作。L1層為驅動接口層，提供其他語言的訪問接口。L2層為對L1層采用．NET Framework技術封裝，主要目的是為方便支持.NET Framework的其他對象訪問驅動，并提供對TCP／IP的遠程服務訪問能力。  L3層為采用面向對象技術對CC，RN，BM實現業(yè)務邏輯和狀態(tài)變遷的封裝。L4是應用表示層用于數據呈現。軟件流程圖如圖4所示。
3．1 系統(tǒng)主模塊
    系統(tǒng)主模塊通過調用相應功能模塊，控制仿真系統(tǒng)初始化，以及整個仿真系統(tǒng)軟件的流程。
3．2 初始化模塊
    初始化模塊通過調用API函數進行硬件初始化和軟件初始化。將各子系統(tǒng)之間通信所需的發(fā)送方式、通信方式、通信速率、周期、定時等參數進行初始化配置。
3．3 數據管理模塊
    數據管理模塊在運行過程中，完成實時編碼要發(fā)送的數據和實時解碼接收到相關數據塊。數據處理的主要功能是根據接口控制文件(ICD)文件數據塊的大小，通過配合發(fā)送、接收模塊，完成對數據幀的封裝和解析。ICD文件中的參數通過編碼組成相對應的AS5643協(xié)議的異步流包的形式進行傳送。
3．4 控制模塊
    控制模塊完成系統(tǒng)狀態(tài)、通信、總線復位，遠端根節(jié)點以及顯示的控制，根據用戶的輸入操作和相關其他節(jié)點的相應狀態(tài)，確定整個仿真系統(tǒng)的運行狀態(tài)與工作方式的控制與切換和相關數據通信控制等操作。
3．5 通信模塊
    通信模塊通過訪問通信卡的本地對象、遠程對象或底層的API函數，配合數據發(fā)送接收等模塊，實現各子系統(tǒng)的數據發(fā)送和接收功能。
3．6 網絡拓撲模塊
    拓撲模塊通過獲取鏈路層的寄存器的自標識包，計算出當前的網絡拓撲。由于IEEE 1394設備配置不需要主機干預，是在本地總線上完成的。每當一個新的設備或節(jié)點被連入或從總線上移除時，整個總線都要復位并重新配置。在配置中，下面三個步驟必須執(zhí)行：樹標識、自標識、速度標識。總線初始化之后，節(jié)點開始進行樹標識以識別根節(jié)點和所有連接節(jié)點的網絡拓撲結構。樹標識以后生成一個分層樹結構。樹標識結束后進行自標識，節(jié)點在這一過程中開始配置。自標識主要執(zhí)行以下動作：給每個節(jié)點分配物理ID、鄰近節(jié)點交換傳輸速度能力、把樹標識中定義的網絡拓撲結構廣播給所有節(jié)點?？偩€配置完成后，擁有最大節(jié)點ID的節(jié)點為根結點。如果定義了等時包，那么設置了IRM寄存器的競爭位的根節(jié)點將成為等時資源管理器。離根節(jié)點最遠節(jié)點的節(jié)點ID為0。節(jié)點號隨著離根帑贏的距離而遞減。因此，對于拓撲結構的生成，必須根據自標識包的信息進行計算，才能得到當前的網絡結構。
3．7 傳輸層協(xié)議
    由于AS5643協(xié)議只規(guī)定物理層和鏈路層的標準，沒有規(guī)定傳輸層通信協(xié)議，而數據的通信必須按照傳輸層協(xié)議來封裝幀、解析幀?？紤]到AFDX網絡中的軟件都支持UDP通信，為便于將AFDX上的軟件移植到AS5643上來，為此，為本文提供了UDP協(xié)議棧，便于應用系統(tǒng)的移植。

4 結語
    IEEE 1394總線傳輸速度快、傳輸距離長、驅動能力強，系統(tǒng)靈活、可擴展性強，可以實現實時、確定的點對點傳輸。安裝簡單，易于維護，經濟性好。該仿真系統(tǒng)已測試使用。測試結果表明，該飛行管理仿真系統(tǒng)通信卡工作良好，系統(tǒng)工作正常，實現了各子系統(tǒng)之間的通信，人機界面友好，為飛管綜合控制系統(tǒng)不斷發(fā)展做好技術和物質準備。