张阿莉+刁学敏+刘威

摘 要： 针对新型飞控采集器采集数据流数增多、试飞模式改变的问题，对原有飞行控制系统总线数据处理软件进行优化设计。使用内存影射技术管理原始数据的读写操作，同时优化设计校线文件管理模块和参数文件管理模块，实现了多流、多表号飞控数据的快速处理。通过工程使用验证，软件有效解决了多流、多表号飞行控制系统总线数据处理问题。

关键词： 飞行控制系统； 总线数据； 多流多表号； 优化设计

中图分类号： TN911?34； TP311 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0073?03

Optimization design of new type flight control system bus data processing method

ZHANG A?li， DIAO Xue?min， LIU Wei

（Chinese Flight Test Establishment， Xian 710089， China）

Abstract： Aiming at the data stream of new type flight control system collection facility increasing and flight?test mode changing， the original flight control system bus data processing software is optimized. Technology of memory mapping is used to manage the reading and writing of original data and optimize the design of calibration curve file management module and parameter file management module， thus to realized the quick processing of flight control data with multithread and multi?table. Practical use in project proved that the software has the ability in solving the problem of processing the data of flight control system with multithread and multi?table.

Keywords： flight control system； bus data； multithread and multi?table； optimization design

0 引 言

随着新型飞机型号研制任务的快速发展和课题需要的变化，飞行控制系统（简称飞控系统）作为新型飞机设计定型试飞中一个必不可少的测试系统，面临着试飞测试参数的数量和种类不断增加（以前试飞参数数量至多上百个，现在已经增加到几千个）、新型飞控系统采集、记录总线数据的模式由1流增加到5流，试飞模式由单表号试飞变化为一次飞行多个表号试飞。用原飞控系统总线数据处理软件（原数据处理软件只针对单流数据进行处理、一次处理单个表号试飞数据、数据处理效率较低）已无法满足新型飞机试飞高效的数据处理需求。因此，急需优化设计新型飞控系统总线数据处理软件。

1 软件设计

该软件采用结构化、模块化设计思路，适应性强。软件主要包括配置文件模块、参数校线解析模块、数据处理模块、源码分析模块、批处理模块和故障检查六个模块。

1.1 基本框图

软件结构框图如图1所示。

图1 软件结构框图

软件的基本流程图如图2所示。

1.2 设计说明

飞控系统采集器一旦确定，采集的数据块结构就是固定的，定义如图3所示。其中数据字0表示飞控系统的表号。

飞控系统一次飞行可以保存4张控制表，在飞行过程中，通过切换表号，会采用不同的控制指令工作，按照飞控系统采集数据块结构特点，一个起落中的表号可以任意切换，不影响飞控采集器正常采集数据，但是对于数据处理来说，就需要根据表号进行数据提取和分析。

图2 算法流程图

图3 飞控数据块结构

表号的格式定义如图4所示。需要解决的问题如下：

（1） 解决多个表号带来的参数信息正确对应关系，带头信息中4个表号的参数信息完整，根据读入的飞控数据解析出表号，并选用正确的参数表进行参数的解算，由于不同表号参数名称、解算方式不同，因此需要独立的文件输出不同表号的结果参数列，否则数据难以判读；

（2） 飞控块数据扫描模块优化：飞控块数据不均分布在PCM格栅中，剔除PCM勤务字后，才能根据飞控块间隔特征找出飞控块数据，并对飞控块数据的正确、完整性进行判读，获取完整的飞控块后，才可以使用参数校线对飞控数据进行解算，高效、合理的飞控块扫描和判读直接影响飞控数据处理的效率；

（3） 飞控带头信息管理：飞控参数校准信息的定义、编辑、修改，原来飞控系统的带头信息只有一路，目前飞控一个架次有5流数据需要处理，除了提高飞控单流数据处理效率外，多流数据的带头维护需要程序支持，方便用户一次维护多个带头信息，支持带头中参数信息的增删改；

（4） 故障原始数据快速定位：支持故障块数据在原始数据中的故障位置，方便用户进行飞控原始数据的分析，帮助飞控采集系统进行故障分析；

（5） 多流数据的后期融合：提供数据融合手段，可以将同流和不同流的多组同一时间段的参数物理量结果信息进行融合，方便课题进行数据分析。

图4 表号的格式定义

2 关键技术

2.1 参数文件、校线文件的优化设计

不同的数据流采集的是不同的试飞参数，不同的表号采集的是不同的试飞科目参数，每个参数有顺序、字号、名称、类型、校准信息等，将这么多参数信息写进一个校线文件，按照软件设计的思路，采用的存放规则是先按照流数进行存放，每一流再按照表号进行存放。用三维字符数组来存放不同数据流不同表号的参数，采用结构体存放每个参数的信息内容。

对参数文件的优化：单机版处理程序采用在参数文件首行加入数据流数来区分每个流的参数文件，由于每流数据都可能存在多表号，采用@TAB+表号数+流数@ 和“@TAB+表号数+流数END@”作为某一流某个表号参数的开始和结束标志。

网络化处理由于所有的处理参数都存放在一个数据库，不同的表号之间可能会存在相同的参数，采用“参数名+通道号+表号+流数”进行区分参数名，读入参数名后，然后进行拆解流数、表号、通道号并按顺序记录每个参数的信息和对应位置。

2.2 内存映射技术

随着试飞工作的开展，表号的切换，一个起落数据量剧增，原软件对数据文件采用传统的读写文件方式，由于不断的在内存和磁盘之间进行切换，频繁地执行IO操作，因此处理效率不是很高。针对这种情况，引入内存映射技术，实现读、写数据都在内存中进行，避免了上述情况的发生，从根本上实现了数据处理的高效运行。

按照飞控采集器的数据发送协议，正常情况下，飞控采集器在每一时刻发送完所有通道数据后，才会开始下一时刻数据发送。但是在实际使用中，经常会遇到同一时刻多通道时间不同步问题。用原处理软件进行处理，经常会存在漏时刻输出。针对这种情况，先进行单通道输出数据，然后再进行多流合并数据，由于每架次数据量大、数据流数多，为了实现快速输出，运用内存映射技术中的内存共享，将单通道输出数据设置为内存视图文件，减少输出文件在磁盘和内存之间反复操作，实现数据块的快速输出。

3 软件验证

首先对软件的功能、效率、正确性、处理异常问题的能力进行了测试，经过测试改进，该软件运行正常，并能够正确的解析飞控系统多流、多表号总线数据。目前该软件已应用到实际的飞控系统数据处理中，得到课题的一致认可。其软件的运行界面图如图5，图6所示。

图5 批处理运行界面图

图6 故障检查界面图

选取100个参数，数据量1.3 GB，用原软件处理和现有软件处理进行比对，结果见表1。

表1 两种技术提取数据速度对比

[软件＼&时间 /min＼&优化软件＼&3＼&原软件＼&10＼&]

4 结 语

本软件针对多流、多表号飞控系统总线数据进行分析处理，同时对原始数据的读取、结果文件的输出进行优化，极大的提高了数据处理效率；软件提供的配置文件模块可以满足多种数据格式的数据处理任务，同时在软件设计中提供的源码、计数字、故障检查等模块，更好地为试飞工程师分析飞控系统工作状态，为测试工程师排除系统故障提供了重要依据，目前该款软件已经投入使用，反应良好。

参考文献

[1] 西安远方航空测控技术研究所.飞控数字FTI采集器[M].西安：西安远方航空测控技术研究所，2012.

[2] 王建军，党怀义.基于Web的分布式试飞数据处理系统结构设计[J].计算机测量与控制，2010，18（6）：1452?1454.

[3] RICHTER Jeffrey. Windows核心编程[M].北京：清华大学出版社，1998.

[4] 国家标准局.GB/T 8567?1988 计算机软件产品开发文件编制指南[S].北京：国家标准局，1988.

[5] [美]John Miano，Tom Cabaski.Borland C++ builder编程指南[M].郝杰，译.北京：电子工业出版社，1998.

[6] 张阿莉，许应康，郭永林.飞行控制总线数据网络化处理软件设计[J].现代电子技术，2013，36（10）：15?17.

（4） 故障原始数据快速定位：支持故障块数据在原始数据中的故障位置，方便用户进行飞控原始数据的分析，帮助飞控采集系统进行故障分析；

（5） 多流数据的后期融合：提供数据融合手段，可以将同流和不同流的多组同一时间段的参数物理量结果信息进行融合，方便课题进行数据分析。

图4 表号的格式定义

2 关键技术

2.1 参数文件、校线文件的优化设计

不同的数据流采集的是不同的试飞参数，不同的表号采集的是不同的试飞科目参数，每个参数有顺序、字号、名称、类型、校准信息等，将这么多参数信息写进一个校线文件，按照软件设计的思路，采用的存放规则是先按照流数进行存放，每一流再按照表号进行存放。用三维字符数组来存放不同数据流不同表号的参数，采用结构体存放每个参数的信息内容。

对参数文件的优化：单机版处理程序采用在参数文件首行加入数据流数来区分每个流的参数文件，由于每流数据都可能存在多表号，采用@TAB+表号数+流数@ 和“@TAB+表号数+流数END@”作为某一流某个表号参数的开始和结束标志。

网络化处理由于所有的处理参数都存放在一个数据库，不同的表号之间可能会存在相同的参数，采用“参数名+通道号+表号+流数”进行区分参数名，读入参数名后，然后进行拆解流数、表号、通道号并按顺序记录每个参数的信息和对应位置。

2.2 内存映射技术

随着试飞工作的开展，表号的切换，一个起落数据量剧增，原软件对数据文件采用传统的读写文件方式，由于不断的在内存和磁盘之间进行切换，频繁地执行IO操作，因此处理效率不是很高。针对这种情况，引入内存映射技术，实现读、写数据都在内存中进行，避免了上述情况的发生，从根本上实现了数据处理的高效运行。

按照飞控采集器的数据发送协议，正常情况下，飞控采集器在每一时刻发送完所有通道数据后，才会开始下一时刻数据发送。但是在实际使用中，经常会遇到同一时刻多通道时间不同步问题。用原处理软件进行处理，经常会存在漏时刻输出。针对这种情况，先进行单通道输出数据，然后再进行多流合并数据，由于每架次数据量大、数据流数多，为了实现快速输出，运用内存映射技术中的内存共享，将单通道输出数据设置为内存视图文件，减少输出文件在磁盘和内存之间反复操作，实现数据块的快速输出。

3 软件验证

首先对软件的功能、效率、正确性、处理异常问题的能力进行了测试，经过测试改进，该软件运行正常，并能够正确的解析飞控系统多流、多表号总线数据。目前该软件已应用到实际的飞控系统数据处理中，得到课题的一致认可。其软件的运行界面图如图5，图6所示。

图5 批处理运行界面图

图6 故障检查界面图

选取100个参数，数据量1.3 GB，用原软件处理和现有软件处理进行比对，结果见表1。

表1 两种技术提取数据速度对比

[软件＼&时间 /min＼&优化软件＼&3＼&原软件＼&10＼&]

4 结 语

本软件针对多流、多表号飞控系统总线数据进行分析处理，同时对原始数据的读取、结果文件的输出进行优化，极大的提高了数据处理效率；软件提供的配置文件模块可以满足多种数据格式的数据处理任务，同时在软件设计中提供的源码、计数字、故障检查等模块，更好地为试飞工程师分析飞控系统工作状态，为测试工程师排除系统故障提供了重要依据，目前该款软件已经投入使用，反应良好。

参考文献

[1] 西安远方航空测控技术研究所.飞控数字FTI采集器[M].西安：西安远方航空测控技术研究所，2012.

[2] 王建军，党怀义.基于Web的分布式试飞数据处理系统结构设计[J].计算机测量与控制，2010，18（6）：1452?1454.

[3] RICHTER Jeffrey. Windows核心编程[M].北京：清华大学出版社，1998.

[4] 国家标准局.GB/T 8567?1988 计算机软件产品开发文件编制指南[S].北京：国家标准局，1988.

[5] [美]John Miano，Tom Cabaski.Borland C++ builder编程指南[M].郝杰，译.北京：电子工业出版社，1998.

[6] 张阿莉，许应康，郭永林.飞行控制总线数据网络化处理软件设计[J].现代电子技术，2013，36（10）：15?17.

（4） 故障原始数据快速定位：支持故障块数据在原始数据中的故障位置，方便用户进行飞控原始数据的分析，帮助飞控采集系统进行故障分析；

（5） 多流数据的后期融合：提供数据融合手段，可以将同流和不同流的多组同一时间段的参数物理量结果信息进行融合，方便课题进行数据分析。

图4 表号的格式定义

2 关键技术

2.1 参数文件、校线文件的优化设计

不同的数据流采集的是不同的试飞参数，不同的表号采集的是不同的试飞科目参数，每个参数有顺序、字号、名称、类型、校准信息等，将这么多参数信息写进一个校线文件，按照软件设计的思路，采用的存放规则是先按照流数进行存放，每一流再按照表号进行存放。用三维字符数组来存放不同数据流不同表号的参数，采用结构体存放每个参数的信息内容。

对参数文件的优化：单机版处理程序采用在参数文件首行加入数据流数来区分每个流的参数文件，由于每流数据都可能存在多表号，采用@TAB+表号数+流数@ 和“@TAB+表号数+流数END@”作为某一流某个表号参数的开始和结束标志。

网络化处理由于所有的处理参数都存放在一个数据库，不同的表号之间可能会存在相同的参数，采用“参数名+通道号+表号+流数”进行区分参数名，读入参数名后，然后进行拆解流数、表号、通道号并按顺序记录每个参数的信息和对应位置。

2.2 内存映射技术

随着试飞工作的开展，表号的切换，一个起落数据量剧增，原软件对数据文件采用传统的读写文件方式，由于不断的在内存和磁盘之间进行切换，频繁地执行IO操作，因此处理效率不是很高。针对这种情况，引入内存映射技术，实现读、写数据都在内存中进行，避免了上述情况的发生，从根本上实现了数据处理的高效运行。

按照飞控采集器的数据发送协议，正常情况下，飞控采集器在每一时刻发送完所有通道数据后，才会开始下一时刻数据发送。但是在实际使用中，经常会遇到同一时刻多通道时间不同步问题。用原处理软件进行处理，经常会存在漏时刻输出。针对这种情况，先进行单通道输出数据，然后再进行多流合并数据，由于每架次数据量大、数据流数多，为了实现快速输出，运用内存映射技术中的内存共享，将单通道输出数据设置为内存视图文件，减少输出文件在磁盘和内存之间反复操作，实现数据块的快速输出。

3 软件验证

首先对软件的功能、效率、正确性、处理异常问题的能力进行了测试，经过测试改进，该软件运行正常，并能够正确的解析飞控系统多流、多表号总线数据。目前该软件已应用到实际的飞控系统数据处理中，得到课题的一致认可。其软件的运行界面图如图5，图6所示。

图5 批处理运行界面图

图6 故障检查界面图

选取100个参数，数据量1.3 GB，用原软件处理和现有软件处理进行比对，结果见表1。

表1 两种技术提取数据速度对比

[软件＼&时间 /min＼&优化软件＼&3＼&原软件＼&10＼&]

4 结 语

本软件针对多流、多表号飞控系统总线数据进行分析处理，同时对原始数据的读取、结果文件的输出进行优化，极大的提高了数据处理效率；软件提供的配置文件模块可以满足多种数据格式的数据处理任务，同时在软件设计中提供的源码、计数字、故障检查等模块，更好地为试飞工程师分析飞控系统工作状态，为测试工程师排除系统故障提供了重要依据，目前该款软件已经投入使用，反应良好。

参考文献

[1] 西安远方航空测控技术研究所.飞控数字FTI采集器[M].西安：西安远方航空测控技术研究所，2012.

[2] 王建军，党怀义.基于Web的分布式试飞数据处理系统结构设计[J].计算机测量与控制，2010，18（6）：1452?1454.

[3] RICHTER Jeffrey. Windows核心编程[M].北京：清华大学出版社，1998.

[4] 国家标准局.GB/T 8567?1988 计算机软件产品开发文件编制指南[S].北京：国家标准局，1988.

[5] [美]John Miano，Tom Cabaski.Borland C++ builder编程指南[M].郝杰，译.北京：电子工业出版社，1998.

[6] 张阿莉，许应康，郭永林.飞行控制总线数据网络化处理软件设计[J].现代电子技术，2013，36（10）：15?17.