分布式试飞测试系统总线及验证系统的设计与实现

论文摘要

飞机测试系统有别于其他测试系统，通常采用分布式的测试框架，而且对测试系统的外总线的要求非常苛刻，它要求总线上的数据传输有相当高的实时性，且数据的传输量大。国内外不少系统都使用了专用的总线设计，但这些专用的总线设计，技术保密，对于用户来说，要自己扩充功能几乎是不可能的。而且这种没有采用通用的传输介质的总线技术会给各种系统集成带来麻烦。目前以太网是一种很流行的传输方式，一是速度快，二是应用广泛，能够与各种系统兼容。但其传输具有不确定性，不能用于实时场合。必须对其进行改造，去掉以太网传输的不确定性，因此要利用以太网来实现外总线数据的实时传输的关键是解决其传输冲突的问题。没有冲突的以太网完全能胜任飞机测试系统环境，而且其技术成熟和成本低廉，发展迅速，可以为测试系统进一步发展提供良好的支持。本课题主要是解决分布式试飞测试系统中内外总线的关键技术。外总线选用以太网作为传输介质，其价格低廉，技术成熟，兼容性好。在外总线中引入分时传输机制，很好地解决了数据传输的冲突问题，达到了测试系统对实时性的要求。时钟同步在分布式系统中也是非常关键的技术，以往在分布式系统大多采用IEEE1588协议来做时钟同步，虽然IEEE1588可以达到很好的性能，但是实现起来比较复杂，特别是在没有操作系统的系统中。由于在本测试系统为了达到更高的实时性和更小的抖动，硬件主要用FPGA，而不再用MCU加OS来实现，所以文中提出了一种新的时钟同步协议，这一协议实现起来不仅简单，而且也达到了项目的要求。整个测试系统要能真正运行起来，传输控制图是关键，它是分布式测试系统的核心。传输控制图就是一组内总线使用的内总线传输指令序列，它保证了采样数据在确定而正确的时刻把数据传输到各个输出板卡上的指定地址上，完成一个采集系统预先定义的数据采集和输出功能。最后用仿真程序来测试系统的传输控制图，结果表明传输控制图的数据流向是完全符合要求的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 飞机测试系统现状
• 1.2.2 现场总线测控系统与以太网测控系统的比较
• 1.3 研究目的
• 1.4 论文结构
• 第二章 分布式试飞测试总线设计概要
• 2.1 分布式采集系统概述
• 2.2 外部总线设计
• 2.2.1 外部总线的设计要求
• 2.2.2 外部总线的设计技术方案
• 2.3 内部总线设计
• 2.3.1 内部总线的设计要求
• 2.3.2 内部总线设计技术方案
• 第三章 系统时间同步设计
• 3.1 时间同步的目的
• 3.2 系统中的时间定义
• 3.3 系统时间同步
• 3.3.1 对相对时间的同步
• 3.3.2 对绝对时间的同步
• 3.4 实现的步骤
• 3.5 本章小结
• 第四章 分布式试飞测试总线验证系统设计
• 4.1 验证系统方案
• 4.2 验证系统组成
• 4.3 验证系统拓扑结构
• 4.4 系统工作阶段描述
• 4.4.1 第一阶段──地面软件编程SETUP文件的生成
• 4.4.2 第二阶段──加载SETUP文件
• 4.4.3 第三阶段──系统初始化
• 4.4.4 第四阶段──授时、时钟同步阶段
• 4.4.5 第五阶段──发送采集启动消息
• 4.4.6 第六阶段──数据传输
• 4.5 系统数据传输策略
• 4.6 地面编程/检查软件
• 4.7 独立采集器的工作原理
• 4.8 分布采集器的工作原理
• 4.9 板卡设计
• 4.9.1 系统控制卡的设计
• 4.9.2 功能板卡:数据模拟卡的设计
• 4.9.3 PCM输出卡
• 4.10 本章小结
• 第五章 地面编程/检查软件
• 5.1 编程/检查软件功能概述
• 5.2 编程/检查软件的功能要求
• 5.2.1 用户输入功能
• 5.2.2 编程功能
• 5.2.3 系统侦测功能
• 5.2.4 加载功能
• 5.2.5 检查功能
• 5.3 地面编程/检查软件的结构
• 5.4 地面编程/检查软件的设计实现
• 5.4.1 拓扑结构定义模块
• 5.4.2 功能板卡参数和功能定义模块
• 5.4.3 传输控制图生成模块
• 5.4.4 仿真测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果