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基于GCAir的A429总线半实物仿真在航电系统仿真中的应用

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本文摘要(由AI生成):

本文介绍了A429总线的基本概念、GCAir软件的功能和使用方法,以及如何进行基于GCAir的A429总线半实物仿真。A429总线是一种航空电子系统中用于信息交换的媒介,具有多种数据编码格式和通信接口控制文件。GCAir软件提供了创建A429总线、设置总线属性、配置报文信号、创建模型、连接输入输出信号、设置数据的可视化、选择仿真引擎等功能。通过GCAir软件,可以进行虚拟仿真和半实物仿真,实现A429总线的实时数据交换。

前 言          

         
ARINC429总线(简称A429总线)是一种非集中控制的总线,结构简单、性能稳定、可靠性高。在现代民用飞机上,A429总线有着非常广泛的应用,覆盖了包括空客A320系列、波音B737系列、国产C919在内的几乎所有主流民用飞机。          
         
世冠科技研制的GCAir系统仿真测试验证一体化平台既可以进行虚拟仿真,也可一键切换到半实物仿真。          
         
本文以两个设备进行数据通信为例,详细介绍了在GCAir软件中通过A429总线实现半实物仿真的方法。通过实际收发数据测试,验证了基于GCAir的A429总线通信能够满足航电设备半实物仿真的需求,在提升航电系统开发效率等方面具有重要意义。          

一.A429总线简介

航空电子系统涉及飞机探测、导航、通信、显示控制等设备,被认为是飞机上最为重要、最复杂的系统之一,也是飞机先进性的一个重要标志[1]。航空数据总线是飞机上各航电子系统之间进行信息交换的媒介,业界先后提出了一系列的标准和规范,如A429总线、MIL-STD-1553B总线等。

A429总线是使用最多的通信机载总线之一,在现代民用飞机上有着广泛的应用,包括空客A320系列、波音737系列、国产大型客机C919等所有主流民用飞机都使用了A429总线。A429总线协议由美国航空电子工程委员会于1977年提出,全称是 MARK 33 Digital Information Transfer System(DITS),规定了飞机电子系统之间进行数字式数据传输的标准格式。使用A429总线的飞机电子设备均需遵守这个规范,从而保证电子设备之间数据通讯的标准化及通用化。A429总线具有结构简单实用,设计维护相对容易,设计成本较低等一系列优势,而且总线上挂载设备较少,避免了因挂载设备过多造成仲裁响应时间增多等影响总线通讯效率的弊端,使信息传递有充裕的时间保证。我国与之对应的是HB6096标准。        
       
A429总线信号是一种双极性归零码,使用双绞屏蔽线进行差分传输。传输速率可分为高速100kbps 和低速12.5kbps,每个总线发送端最多可连接20个接收端。A429总线的每一个数据字由32位构成,各位的定义如下:        
       
  • Label(1-8):标志位,用于识别该A429总线数据字的含义。例如:传输 VHF 信息,Label值为030。数据传输时,先传输 LSB,最后传输MSB,但传输 Label 时,则先传输 Label的MSB。

  • SDI(9-10):源/目标识别位,用于标识发送者或接收者。

  • Data(11-29):数据位,代表该A429总线数据字的具体信息。常用的数据编码格式有BNR、BCD等。

  • SSM(30-31):符号状态矩阵位,表示数据的特性,如正、负或状态。

  • Parity(32):是奇偶校验位,用于检查数据是否有效。
       
32
30~3111~299~101~8
ParitySSMDataSDILabel
表1.A429总线数据字        
       
       

二.基于GCAir的A429总线半实物仿真

1.GCAir简介

GCAir系统仿真测试验证一体化平台是世冠科技基于MBSE思想完全自主研发的一款工业软件,为复杂装备系统研制的正向设计提供了工具支撑,为数字孪生技术落地应用提供了解决方案。GCAir支持多源异构模型集成,从全虚拟到半实物一键切换,能够在同一平台上完成模型在环、软件在环、硬件在环测试,具备连续综合集成测试验证的能力,可应用于复杂装备从设计研发到运行维护的全生命周期。GCAir有以下特点:

  • 完全自主知识产权——100%自主研发,已获数十项发明专利授权;
  • 系统架构设计——支持ICD管理、模型库管理、系统模型构建;
  • 系统集成仿真——多源异构模型集成、第三方软件联合仿真;
  • 硬件在环仿真——支持丰富的接口板卡:AIO、DIO、CAN、1553B、ARINC 429、RS-232/422/485、反射内存等;
  • 虚实融合——“虚拟+半实物”仿真,虚拟模型与硬件设备一键切换;
  • 可视化与人机交互——支持2D曲线、虚拟仪表/控件、3D视景、AR/VR、模拟器等人机交互设备。

       

2.航电系统仿真        

       
航电系统仿真技术结合了航空电子技术与系统仿真技术。系统仿真就是根据原理建立系统模型,利用计算机系统对模型进行动态仿真的综合性技术。航电系统仿真通常有三种方法:全数字仿真、半实物仿真、全物理仿真。        
       
全数字仿真是指通过建立仿真模型及算法,结合线性拟合、插值等方法,以纯软件形式在计算机上进行模拟运行的一种仿真方法。这种仿真的缺点是仿真系统无法和真实硬件相结合,只能从理论上进行仿真。但优点是成本低、需要的仿真资源简单。        
       
全物理仿真是指仿真系统中全部采用真实硬件设备来进行系统仿真测试。这种仿真具有较高的可信度,但是成本也较高,并缺少灵活性。        
       
在航电系统仿真中使用最广泛的是半实物仿真技术。这是一种将数字仿真和实物相结合的仿真技术。通常半实物仿真系统对外能够提供连接真实航电设备的物理接口,并能通过软件模拟被仿真设备的逻辑功能,即将虚拟模型与真实航电设备联合进行仿真,兼顾了可信度和灵活性,可支持航电系统的集成测试与评估。航电仿真技术已经成为了支持现代航电系统研发并确保其可靠性的重要手段。        
       
因为A429总线在航电系统中已经得到广泛应用,航电系统的半实物仿真中经常会碰到带有A429总线接口的设备。因此,支持使用A429总线进行半实物仿真也成为航电系统仿真的必需要求,基于GCAir软件的A429半实物仿真为此需求提供了一种解决方法。        
       

3.航电系统仿真        

         
1)创建A429总线        
       
a)新建A429总线        
       
在GCAir中单击“总线+”按钮新建A429总线,选择所属库并输入总线名称,在“总线管理”窗口的“基本属性”选项卡中显示新建总线的基本属性。        
       

图1.创建A429总线        
       

图2.A429总线的基本属性        
       
b)A429总线设置        
       
根据通信接口控制文件,在“总线设置”选项卡中配置总线的属性,可设置波特率、奇偶校验等参数。        
       
  • 波特率范围为12500~100000,可选三种波特率:12500、48000、100000;

  • 奇偶校验分无校验(none)、奇校验(odd)、偶校验(even);

  • 发送通道和接收通道可选总线模式(串行)或编码模式;

  • S/D使能情况下,为硬件S/D过滤,S/D号范围0,1,2,3;S/D不使能情况下,可选标号+S/D号过滤。
             
       

图3.A429总线设置        
       
c)配置A429总线报文信号        
       
根据通信接口协议文件,在“报文信号”选项卡中,可根据需求对A429总线的通信报文和信号进行编辑。报文包含报文名称、S/D、标号和发送周期。其中:报文名称必须是以字母或下划线开头,S/D和标号只能是数字,S/D号范围0~3,标号范围为000-377(八进制),发送周期根据实际需要进行设置。        
       
每一条报文可以有多个信号。选中某条报文为其添加信号,每一个信号包含名称、描述、编码类型、最大长度值(bit)、起始位、数据长度(bit)、符号、初始值、增益、偏移等属性值。编码类型可选无类型、BCD、BNR码。        
       

图4. 配置A429总线报文信号        
       
d)设置A429总线报文信号的说明描述        
       
根据通信接口控制文件,在“信号释义”选项卡中根据需求对信号进行说明描述,提高模型的可读性。        
       

图5.设置A429总线报文信号的说明描述        
       
e)设置A429总线报文节点        
       
根据通信接口协议文件,在“报文节点”选项卡中,设置发送和接收节点,Tx为发送节点,Rx为接收节点。        
       

图6.设置A429总线报文节点        
       
2)创建模型        
       
a)在GCAir中单击“子系+”按钮,分别创建两个设备子系统:Device1、Device2,两个子系统中包含处理数据的FMU模型。右键单击Device1子系统选择“属性编辑”,在ICD配置中选择保存总线的库,为子系统添加总线节点Node1、Node2。用同样的方法,为Device2子系统添加总线节点:Node2、Node1,再将子系统的Node1与另一个子系统的Node2连接起来。        
       

图7.创建子系统并用总线连接          
       
       
b)分别双击进入Device1、Device2子系统内部,将FMU模型的输入输出信号与对应的A429总线信号连接。        
       
       

图8.连接输入输出信号        
       
       
3)设置数据的可视化        
       
GCAir支持在2D面板中通过“变量表”显示收发数据的实时数值,也可通过“y(t)曲线”显示数据的实时曲线。通过属性设置将信号分别与变量表、曲线相关联。        
       

图9.设置数据的可视化          
       
       
4)选择本机仿真引擎进行虚拟仿真        
       

       
图10.选择本机仿真引擎        
       
         

4.半实物仿真          
       

       
GCAir软件支持通过A429总线进行实时数据交换,可通过“一键切换”的方式从虚拟仿真切换到半实物仿真。以Device2子系统作为被测硬件为例,方法如下:        
         
1)设置被测硬件        
       
a)从GCAir菜单选择“建模/设置硬件文件”,从列表中选择硬件文件:HWConfig.xml,此文件描述了实际的A429板卡硬件资源。        
       

图11.选择硬件资源文件        
       
b)右键单击Device2子系统,选中“设置为被测硬件”。在“Bus”选项卡中单击“硬件端口”栏,从中选择要使用的A429总线发送和接收硬件通道,Device2子系统外框变为红色,表示在半实物仿真中Device2子系统使用设备实物,Device1子系统为虚拟模型,模型与实物通过A429总线进行数据传输。        
       

图12.选择总线硬件通道        
       

       
图13.A429板卡、线缆与实时仿真机        
       
c)在外部将选定的A429总线硬件通道接口与设备接口进行连接。        
       
2)设置实时仿真引擎        
       
单击“更换引擎”按钮,勾选“获取实时仿真机IP”。        
       

图14.设置实时仿真引擎        
       
3)半实物仿真        
       
单击“开始”按钮进行半实物仿真,可打开“2D面板”查看A429总线收发的实时数据和曲线。        
       
a)Device1(模型)通过A429总线向Device 2(实物)发送数据,在2D面板中可以看到发送的4个信号的曲线如下。        
       

图15.Device1通过A429总线发送的数据曲线        
       
b)Device1(模型)通过A429总线接收Device 2(实物)发送的数据。        
       

图16.Device1通过A429总线接收的数据        
       

三.总结

       
GCAir软件不但可以进行虚拟仿真,也支持通过A429总线等进行数据通信实现半实物仿真,而且只需一键切换就可以从虚拟仿真切换到半实物仿真,从而实现虚拟模型与设备实物进行实时数据通信的功能。通过测试表明,基于GCAir的A429总线通信能够满足航电设备半实物仿真的需求,在提高航电系统的开发效率等方面具有重要意义。        
       
来源:世冠科技
SystemMBSE系统仿真通用航空汽车电子通信理论数字孪生控制试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-04-04
最近编辑:3月前
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