基于AS5464协议的飞行管理仿真系统的设计

摘要：为了使IEEE 1394在军事和飞行器中的安全关键／任务关键系统中应用，对IEEE 1394协议的扩展和约束。提出一种基于AS5463协议的飞行管理系统仿真系统设计方法，探讨了AS5463协议在飞管总线中应用的优点及可能性。仿真系统硬件通过AS5463协议通信卡及工控机实现，软件通过模块化设计方法实现。通信仿真系统实现了各子系统相关数据的传送、处理，以及相关信息的实时显示。测试表明，飞行管理系统仿真系统工作正常、性能良好，能实现测试设备之间高速率的数据传输与转换，具有良好的实用价值。
关键词：飞行管理；AS5463协议；AS5463协议通信卡；通信仿真系统

在飞机的机载设备中，系统之间、系统和部件之间存在着大量信息需要传递。这些信息要求通信实时、准确，同时在机载设备中希望飞行管理系统控制起来更加灵活，与其他子系统通信更加合理，所以应尽量降低飞行管理系统中电气连线的复杂性，那么选用一种合适的总线来承担此任务是至关重要的。使用AS5643协议的IEEE 1394总线其设计思想独特、性能优良并且可靠性极高，可以很好完成上述任务，所以将基于AS5643协议的IEEE 1394总线应用在飞行管理系统的仿真系统中，可以说是对于航空领域应用的一次新的尝试。本文遵循AS5643协议，传输总线采用IEEE 1394总线，仿真机的通信系统采用工控机子系统，其整个通信系统拓扑采用总线型拓扑结构。该模型可用于仿真飞机某些子系统的功能、估算总线性能情况，测试仿真系统的执行效率和稳定性，为基于AS5643协议的IEEE1394总线在航空领域的应用提供案例。

1 仿真系统的功能
基于AS5643协议的IEEE 1394总线飞行管理仿真系统分为CC(控制计算机)，RN(远程节点)和BM(总线监控)三个子系统。该仿真系统必须实现各子系统之间准确、实时的数据传输，并能够根据用户需求设置各种系统通信参数，诸如发送方式、通信方式、通信速率、周期、定时等，显示仿真通信参数、本机参数、定时信息、心跳字信息、系统参数等，实时更新展示系统接收的最新数据，保存通信数据。基于AS5643协议的IEEE 1394通信总线仿真系统由软件和硬件两部分组成。软件的主要功能是根据相应工作状态对数据进行处理、显示以及传输。硬件主要包括PCI_1394，PCIE_1394，CPCL1394，USB_1394通信接口板、仿真计算机及IEEE 1394总线等，该总线的拓扑结构为总线型拓扑结构。典型的基于AS5643协议的IEEE 1394总线的三余度飞行管理仿真系统的拓扑结构如图1所示。

2 仿真系统的功能
整个仿真系统硬件设计的关键部分是AS5643协议通信卡，主要由三大部分组成，包括PCI／PCI-E总线接口部分、通信控制部分和IEEE 1394总线接口部分。其电路设计的原理框图如图2所示。其中使用PCI9052作为PCI协议通信芯片，使用PLX8111作为PCI-E协议通信芯片，并使用512 MB RAM来缓存数据。

2．1 硬件设计
AS5643协议通信卡的特性包括以下几点：
(1)采用FPGA处理AS5643协议，设计更加灵活，通过更改FPGA逻辑就可以实现CC／RN／BM节点功能，而且处理速度更快；
(2)应用API操作接口简洁，上层应用只需实现系统状态控制、数据启动停止，数据填充等基本操作；
(3)为提高系统实时性，AS5643协议全部通过硬件逻辑实现；
(4)FPGA在逻辑设计保留多种通信接口，方便系统设计与维护。
FPGA器件选型时充分考虑AS5643协议处理要求，从逻辑规模、资源等方面综合评估，选用Xilinx公司高速芯片。
2．2 硬件实现
AS5643协议通信卡设计由三部分组成，便于根据需要进行接口变更，包括：PCI／PCIE／USB／CPCI母卡、FPGA子卡和链路物理层子卡。CC／RN／BM上的AS5643协议功能由FPGA子卡上的逻辑实现。同时链路物理层子卡上的物理层芯片TSB41BA3B和链路层芯片TSB12LV32由FPGA子卡操纵，实现IEEE 1394的物理层特性和链路层规程。而PCI／PCIE／USB／CPCI接口控制、AS5643协议、配置表的硬件加载、硬件逻辑自测试和健康监控等功能由FPGA实现，其原理框图如图2所示。

3 软件设计
系统软件开发设计基于是Windows XP操作系统，采用Visual Studio 2008开发，使用面向对象的设计方法开发。系统软件的结构分为5层，如图3所示。

五层中，L0层为驱动，采用DDK进行开发，直接访问硬件资源和FPGA协调工作。L1层为驱动接口层，提供其他语言的访问接口。L2层为对L1层采用．NET Framework技术封装，主要目的是为方便支持.NET Framework的其他对象访问驱动，并提供对TCP／IP的远程服务访问能力。 L3层为采用面向对象技术对CC，RN，BM实现业务逻辑和状态变迁的封装。L4是应用表示层用于数据呈现。软件流程图如