УДК 004.453

Описание системы генерации файлов конфигурации параметрических данных для программного модуля блока бортовой вычислительной системы

Белкин Михаил Владиславович – магистрант Московского государственного университета им. Н.Э. Баумана.

Аннотация: В статье рассматриваются основные положения и правила при описании потоков данных при разработке программного модуля блока бортовой вычислительной системы БВС‒1‒10‒СК1, разрабатываемой АО «РПКБ», согласно требованиям стандарта на интерфейс прикладного программного обеспечения для применения в авионике ARINC‒653. Описывается система автоматической генерации файлов конфигурации параметрических данных составных компонент ПО программного модуля БВС‒1‒10‒СК1. Автоматическая генерация призвана свести к минимуму время, необходимое для разработки файлов конфигурации программного модуля бортовой вычислительной системы, а также снизить затраты на их создание.

Ключевые слова: бортовая вычислительная система, каналы обмена информацией, ретрансляция данных, бортовая сеть, файлы конфигурации, ARINC‒653, автоматическая генерация.

Основные положения

Бортовая вычислительная система (БВС) входит в состав бортового комплекса пилотажно‒навигационного оборудования самолета. обрабатывает информацию, поступающую от различных источников (датчиков, систем безопасности, оборудования радиосвязи) [1], а также позволяет пилоту взаимодействовать с этими данными. БВС входит в информационно ‒управляющую систему летательного аппарата [2]. В данной статье рассматриваются аспекты работы с программным модулем бортовой вычислительной системы БВС‒1‒10‒СК1, разрабатываемой АО «РПКБ».

 Разработка программного модуля блока БВС‒1‒10‒СК1 проводится по технологии интегрированной модульной авионики (ИМА) с использованием операционной системы реального времени (ОСРВ), удовлетворяющей требованием стандарта ARINC653 [3].

Для описания процесса передачи данных от системы источника к системе потребителю используются термины «Поставщик данных» и «Потребитель данных». Передача данных от поставщика данных к потребителю описывается соединением, называемым каналом. В описании канала указываются характеристики поставщика и потребителя данных. Поставщик данных и потребитель данных осуществляют обмен, через порты (программные буфера), определяемые стандартом ARINC653.

Поставщиками и потребителями данных могут быть сервисы ОСРВ и модули ПО функциональных разделов, входящих в состав программного модуля. Один поставщик данных может передавать данные нескольким потребителям. Для каждого потребителя описывается индивидуальный канал «Поставщик–Потребитель».

В соответствии с требованиями к составу функций, программный модуль БВС–1–10–СК1 обеспечивает функцию ретрансляции данных потребителям, как входящим в состав модуля, так и потребителям, находящимся вне программного модуля (вне блока БВС–1–10–СК1).

Функции приема по аппаратным каналам от внешних систем и функции выдачи в выходные аппаратные каналы реализуется базовыми сервисами ОСРВ.

Функция ретрансляции данных, принятых по аппаратным каналам сервисами ОСРВ, реализуется модулем программного функционального ПО ввода–вывода (МФПОВВ). Ретрансляция данных модулем МФПОВВ осуществляется за счёт использования нескольких каналов (сочетание каналов, реализуемых ОСРВ и каналов, реализуемых МФПОВВ). Входной канал обеспечивает передачу данных от источника ретранслятору, программный канал МФПОВВ обеспечивает ретрансляцию данных из порта назначения, связанного с поставщиком данных в порты источники, которые связаны с потребителями.

Потребителями канала ретрансляции являются системные или функциональные приложения, входящие в состав программного модуля блока БВС–1–10–СК1, а также потребители, находящиеся вне блока и сопряжённые с блоком по одному из видов аппаратного интерфейса.

Для каждого потребителя данных от первичной системы–поставщика создаётся свой канал, связанный с портом источника ретранслятора.

Ретрансляция данных нескольким потребителям по каналу AFDX может быть реализована настройкой драйвера AFDX путем использования широковещательных сообщений без участия модуля программного функционального ПО (МФПО).

Правила описания потоков данных

При описании каналов, с точки зрения направления прохождения информации в программном модуле, определены следующие виды каналов:

• входной канал данных (INP);
• выходной канал данных (OUT);
• внутренний канал обмена данными (ICOM);
• канал ретрансляции (RET).

Потребителями данных входного канала являются системные или функциональные приложения, входящие в состав программного модуля блока БВС–1–10–СК1. Поставщиком данных, принятых по входному каналу, являются сервисы операционной системы. Получение данных, потребителями, выполняется непосредственно через сервисы операционной системы путем чтения портов по стандарту ARINC653, без участия МФПОВВ. Схема входного канала приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема входного канала.

Поставщиками данных выходного канала являются системные или функциональные приложения, входящие в состав программного модуля блока БВС–1–10–СК1. Выдача данных по выходному каналу, сформированных системными или функциональными приложениями, выполняется без участия МФПОВВ, непосредственно через сервисы операционной системы путем записи в порты по стандарту ARINC653. Схема выходного канала приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема выходного канала.

Внутренний канал обмена между приложениями реализуется с помощью программных портов по стандарту ARINC653 и не использует аппаратных средств, связанных с внешними каналами приема и выдачи информации блока БВС–1–10–СК1. Источниками и потребителями внутреннего канала обмена данными являются функциональные приложения, входящие в состав программного модуля блока БВС–1–10–СК1. Схема внутреннего канала обмена приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема выходного канала.

Если в канале используется тип порта sampling, то у одного порта источника может быть несколько каналов к каждому порту приемника раздела, которому необходимы эти данные (рисунок 4).

Рисунок 4. Схема входного канала и канала межмодульного обмена с портом типа sampling.

Реализации каналов вида ‒ входной, внутренний канал обмена описывается в разделе соединений одним каналом.

Канал ретрансляции реализуется использованием двух типов каналов. Входной канал обеспечивает прием информации от поставщика данных в приложение ретранслятор МФПОВВ. Выходные каналы (один или несколько) обеспечивают передачу данных во внутренние порты разделов модуля (если это необходимо для МФПО, входящих в состав модуля) и в раздел ОСРВ, для дальнейшей передачи данных в сопряжённые системы (если есть внешние потребители). Функциональный канал МФПОВВ ретранслирует данные от поставщиков потребителям. Для реализации программного канала создаётся ФКПД, настраивающий работу МФПОВВ в соответствии с приёмным портом и списком портов систем потребителей (рисунок 5).

Рисунок 5. Схема канала ретрансляции.

В таблице 1 представлены допустимые типы каналов и их сокращенное описание [4].

Таблица 1. Допустимые типы каналов.

Таблица описания каналов передачи данных

Для работы системы автоматической генерации файлов конфигурации параметрических данных составных компонент ПО программного модуля был составлен формат настроечной таблицы, в которой описываются все параметры, необходимые для настройки программного модуля БВС–1–10–СК1.

Таблица описания каналов передачи данных содержит описание потоков данных от поставщиков данных к потребителям, и характеристики этих потоков.

Таблица обрабатывается построчно. Алгоритм обработки строки таблицы и назначение её полей зависит от указанного вида канала, с точки зрения вида передачи информации.

Каждая строка таблицы описывает один канал. При описании каналов могут быть использованы блоки описаний каналов. Блоки описаний каналов используются в том случае, когда данные из порта поставщика данных дублируются в более чем один порт потребителя данных.

Блоки описания каналов допустимы для каналов, в которых:

• в канале указан типа порта поставщика данных Sampling;
• канал является выходным ретрансляционным каналом.

Допустимые обозначения видов каналов:

• входной канал данных (INP);
• выходной канал данных (OUT);
• внутренний канал обмена данными (ICOM);
• канал ретрансляции (RET).

Чтобы отличить блоки описания каналов от одиночных записей, в таблице указываются признаки начала (F) и дополнительной части (C) каждого блока. Описание одного канала обозначается только признаком начала записи (F).

Состав параметров таблицы разделён на две подгруппы и содержит описание параметров поставщика данных, описание списка потребителей данных и параметров портов, связанных с этими потребителями.

В таблице описываются в графе «Channel Type» следующие виды аппаратных каналов:

• каналы последовательного кода ARINC429 [5];
• каналы бортовой сети передачи данных ARINC664 [6];
• каналы передачи данных дискретных сигналов.

Таблица описывает потоки данных, обслуживаемые программным модулем блока БВС–1–10–СК1 c учётом входных потоков данных, необходимых МФПО в составе модуля, потоков данных формируемых МФПО и функции ретрансляции, реализуемой МФПОВВ.

В описании типа порта допускаются типы Queuing (Q) и Sampling (S). Если указан тип порта Sampling, то принимающих портов из порта источника может быть более одного.

Атрибуты аппаратного канала для A429 записываются через запятую в формате, приведенном в таблице 2, состоят из следующих значений:

• ID – идентификатор аппаратного канала, порядковый номер канала типа канала, указанного в графе «Тип канала». Представлен положительным целочисленным значением, в соответствии со схемой Э4, ICD и т.д.;
• SPEED – несущая частота канала. Представлена значением «HI» соответствует частоте 100 кГц, или «LOW» – 12,5 кГц;
• REVERS – функция реверсирования, определяет необходимость инвертирования адреса. Логический тип данных;
• PARITY – бит четности, определяет необходимость проверки на целостность данных. Логический тип данных;
• FORM – формат (Параметр, присутствующий в настройке драйвера, в настоящее время используется как константа).

Каждое поле атрибутов аппаратного канала для A429 обязательно для заполнения.

Строка описания входного канала обмена данными между разделами может содержать более одной последовательности описания раздела потребителей, если в разделе поставщике указан тип порта «Sampling»

В строке описания канала может содержаться несколько разделов описания потребителей. Выбор алгоритма обработки раздела потребителя зависит от указанного вида канала по признаку прохождения информации и типу канала по признаку аппаратный тип или тип канала APEX.

В таблице 2 представлено описание строки настроечной таблицы для системы автоматической генерации файлов конфигурации параметрических данных.

Таблица 2. Описание строки настроечной таблицы.

В таблице 2 строки 3–13 относятся к описанию поставщика данных, строки 14–22 – к описанию потребителя данных. Строки 1,2,23,24 – общая информация о записи.

Система автоматической генерации файлов конфигурации

Система автоматической генерации файлов конфигурации параметрических данных составных компонент ПО программного модуля предназначена для генерации:

• файлов формата *.xml с описанием списка и параметров конфигурации APEX портов, используемых во всех разделах программного модуля (включается в раздел Partition файла config.xml);
• Файла формата xmlс описанием разделов соединений ОСРВ и МФПО, описывающих внешние и внутренние потоки данных (раздел Connection_Table файла config.xml);
• Файла исходного кода содержащего ФКПД для настройки приложения МФПОВВ (ФКПД для МФПОВВ);
• Исходных данных в виде списков линий связи для генерации параметров виртуальных каналов бортовой сети ARINC664;
• Разделов документов, используемых в описании интеграционного проекта модулей, всего модуля и проектов ПО разрабатываемых приложений (МФПО, входящих в состав программного модуля, загружаемого в ВИМ–3U–3 блока БВС–1–10–СК, в части описания потоков данных, связанных с APEX портами

Входными данными для системы автоматической генерации файлов конфигурации параметрических данных составных компонент ПО программного модуля является таблица описания каналов обмена информацией блока БВС–1–10–СК1. На рисунке 6 изображен пользовательский интерфейс системы.

Рисунок 6. Пользовательский интерфейс системы генерации.

На рисунке 6 пользовательский интерфейс состоит из трех основных блоков:

• блок загрузки файлов;
• блок диалога с системой;
• блок просмотра и редактирования загруженных данных.

Блок загрузки файлов имеет два поля для ввода пути к файлам настроечных таблиц. Это сделано в связи с тем, что БВС-1-10-СК1 состоит из четырех функциональных блоков, которые рассматриваются попарно.

Блок диалога с системой включает в себя окно системных сообщений и окно вывода ошибок, выявленных на стадии генерации файлов конфигурации. После указания пути к данным, необходимо осуществить их загрузку в систему нажатием кнопки «Загрузить данные». Кнопка «Создать файлы» запускает процесс генерации файлов конфигурации программного модуля БВС, по завершении которого выдается соответствующее уведомление в окно «Сообщения». Готовые файлы конфигурации можно найти, нажав кнопку «Открыть файлы», которая открывает директорию их нахождения.

Блок просмотра и редактирования загруженных данных позволяет просматривать и редактировать загруженные в систему настроечные таблицы. Кнопка «Проверить ошибки» позволяет выявить несоответствия в заполнении полей таблиц до момента запуска генерации.

Описанная система позволяет в несколько раз сократить время и затраты, необходимые для написания кода для конфигурации параметрических данных составных компонент ПО программного модуля бортовой вычислительной системы БВС-1-10-СК1.

Список литературы

1. Кучерявый А. А. Бортовые информационные системы: Курс лекций / под ред. В. А. Мишина и Г.И. Клюева. 2‒е изд. перераб. и доп. Ульяновск: Изд‒во УлГТУ. 2004. 504 с.
2. Жаринов И.О. Принципы построения и методы автоматизации проектирования вычислительных систем интегрированных комплексов бортового оборудования: дисс. д‒ра техн. наук: 05.13.12. СПб: НИУ ИТМО. 2011. 298 с.
3. Корнеенкова А.В., Доброхотов Р.А. Реализация программного комплекса разработки программных приложений интегрированной модульной авионики по стандарту arinc653 // Открытое образование. 2017. №1
4. ARINC Specification 653P1-3. Avionics application software standard interface. Part 1: Required Services, USA, Annapolis, 2010, 269 p.
5. ARINC Specification 429P1-17. MARK 33 Digital Information Transfer System (DITS). Part 1: Functional Description, Electrical Interface, Label Assignments and Word Formats, USA, Annapolis, 2004, 309 p.
6. ARINC Specification 664P1-1. Aircraft Data Network. Part 1: Systems Concepts and Overview, USA, Annapolis, 2006, 51 p.