【導(dǎo)讀】航空電子研究正以驚人的速度改變著航空航天技術(shù)。不管是軍用的，商用的，還。是民用先進(jìn)機(jī)型的電子系統(tǒng)都需要通過(guò)航空電子總線相互連接起來(lái)。航空電子綜合化系統(tǒng)中的重要地位，因此航空總線的可靠性、穩(wěn)定性變得尤為重要。進(jìn)行綜合測(cè)試，日益成為航空總線測(cè)試領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。采用XML技術(shù)定義了包含1553B和。ARINC429航空總線數(shù)據(jù)格式的航空電子接口，設(shè)計(jì)了航空電子接口信息提取算法，態(tài)測(cè)試和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前后對(duì)比分析和誤差分析等功能。

　　

【正文】 對(duì)其轉(zhuǎn)換需求進(jìn)行詳細(xì)論述。 俯仰角轉(zhuǎn)換需求分析 飛機(jī)俯仰角 ARINC429 總線格式數(shù)據(jù)描述如表 所示，為 32 位有符號(hào)整數(shù)格式。相對(duì)于 1553B 總線格式， ARINC429 總線則要求更為復(fù)雜。飛機(jī)俯仰角 ARINC429總線格式數(shù)據(jù)前 0～ 7 位用于識(shí)別數(shù)據(jù)類型和與數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，它決定了數(shù)據(jù)字剩余部分的 數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)譯碼方法，常用 Lable 表示； 28 位為符號(hào)位， 1 表示負(fù)數(shù)，0 表示正數(shù)， 29～ 30 位固定為 11， 31 位為奇偶校驗(yàn)位。其余 8～ 27 位即是數(shù)據(jù)位。因此針對(duì)飛機(jī)俯仰角信號(hào)需要完成的任務(wù)即是把 90～ 90 的 32 位浮點(diǎn)數(shù)格式的數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)換算法映射到 ARINC429 總線接口的 8～ 28 位中。再加上前后兩部分構(gòu)成沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 ARINC429 總線格式數(shù)據(jù)。 表 XML中飛機(jī)俯仰角 ARINC429總線格式數(shù)據(jù)描述 中文名稱 俯仰角 變量名 ithetal 數(shù)據(jù)類型 short int (32 位 ) 實(shí)時(shí)網(wǎng)地址 0x10000 MSB 因子 90 LSB 因子 * Lable 324 數(shù)據(jù)范圍 32768 ~ 32767 第 0 位 * 第 8 位 LSB 第 16 位 * 第 24 位 * 第 1 位 * 第 9 位 * 第 17 位 * 第 25 位 * 第 2 位 * 第 10 位 * 第 18 位 * 第 26 位 * 第 3 位 * 第 11 位 * 第 19 位 * 第 27 位 MSB 第 4 位 * 第 12 位 * 第 20 位 * 第 28 位 符號(hào)位 第 5 位 * 第 13 位 * 第 21 位 * 第 29 位 1 第 6 位 * 第 14 位 * 第 22 位 * 第 30 位 1 第 7 位 * 第 15 位 * 第 23 位 * 第 31 位 奇偶校驗(yàn)位 信號(hào)轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前后對(duì)比及誤差圖需求分析 根據(jù)要求需要對(duì)動(dòng)態(tài)變化的測(cè)試數(shù)據(jù)繪制轉(zhuǎn)換前后對(duì)比圖與誤差分析圖。在信號(hào)動(dòng)態(tài)測(cè)試的過(guò)程中保存一個(gè)周期的初始化物理量和從總線信號(hào)反轉(zhuǎn)換后的物理量，然后求出測(cè)試數(shù)據(jù)偏差。在動(dòng)態(tài)測(cè)試停止后，將該保存的三組數(shù)據(jù)傳遞給 Matlab 處理，當(dāng) Matlab 生成了折線圖再將其顯示到用戶界面上。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 4 概要設(shè)計(jì) 根據(jù)需求分析的結(jié)果，完成本系統(tǒng)需要有以下幾個(gè)基本的功能子模塊進(jìn)行支撐：XML 文檔解析模塊、物理量與 1553B 數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換模塊、物理量與 ARINC429 相互轉(zhuǎn)換模塊、 Excel 測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊、動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比圖及誤差分析圖模塊等五個(gè)模塊。同時(shí)為了增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性、優(yōu)化用戶體驗(yàn)，需要對(duì)用戶界面、系統(tǒng)容錯(cuò)能力、多線程下系統(tǒng)抗性等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)子模塊還包括用戶界面設(shè)計(jì)模塊、系統(tǒng)容錯(cuò)抗性設(shè)計(jì)。下面分別對(duì)以上七個(gè)關(guān)鍵子模塊進(jìn)行詳細(xì)闡述其概要設(shè)計(jì)內(nèi)容。 功能概要設(shè)計(jì) XML 文檔解析 XML 文檔解析主要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用戶 自主選擇一個(gè) XML 文檔后交由系統(tǒng)解析該 XML文檔，然后顯示到 XML 解析樹(shù)（ TreeView）上。針對(duì)文檔樹(shù)節(jié)點(diǎn)類型的不一致性，我們可以設(shè)計(jì)通過(guò)深度優(yōu)先遞歸調(diào)用的方式解析 XML 文檔。 系統(tǒng)獲取到讀入的 XML文檔，對(duì)其根目錄下的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深度優(yōu)先遞歸遍歷。當(dāng)子節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)小于 1 時(shí)返回到父節(jié)點(diǎn)同級(jí)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)深度優(yōu)先遞歸遍歷，在遍歷的同時(shí)如當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為非文本節(jié)點(diǎn)，則將該節(jié)點(diǎn)的名稱放入 treeview 的一個(gè)空白節(jié)點(diǎn)中，如當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為文本節(jié)點(diǎn)，則將該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容放入 treeview 的空白節(jié)點(diǎn)中。如此，當(dāng)遍歷到文檔最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，深度優(yōu)先遞歸結(jié)束， XML 解析樹(shù)生成完畢。為了使系統(tǒng)之后的運(yùn)算簡(jiǎn)化，在解析 XML 文檔的同時(shí)將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容加入到一個(gè) inner的字符串中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)容以“；”隔開(kāi)。在解析完成時(shí)，將 inner 按照 Device 為分割點(diǎn)分割為三個(gè)設(shè)備獨(dú)自的字符串，分別將其傳入 Device 類中，為每一個(gè) Device 類做初始化。 物理量與 1553B 總線格式的轉(zhuǎn)換 根據(jù) XML 的文檔定義以及需求分析中的內(nèi)容，對(duì)于 XML 配置文檔中的 1553B信號(hào)與其物理量之間的相互轉(zhuǎn)換可以使用數(shù)據(jù)流模式進(jìn)行 處理。從物理量到 1553B格式的轉(zhuǎn)換過(guò)程可以看成如下的過(guò)程：首先判定物理量是否大于 0，如果小于零則取絕對(duì)值，符號(hào)位置 1；然后判定 MSBEnable 是否是使能，如果 MSBEnable 使能那么沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 根據(jù) MSB 與 LSB 的差為 2 的冪和 MSBValue 計(jì)算出等比例下轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)，并記下MSB與 LSB的差值記為 digit；如果 MSBEnable 不是使能就直接使用數(shù)據(jù)與 LSBValue進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換完畢之后，對(duì)符號(hào)位進(jìn)行判斷，如符號(hào)位為 1 則將的到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 15 位二進(jìn)制后按位取反加 1 使之成為補(bǔ)碼形式，再在最高位加上符號(hào)位的 到所要求的 1553B 的總線值。如果符號(hào)位為 0 且 digit 為 15，則將的到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 15位的二進(jìn)制數(shù)再加上符號(hào)位，得到 1553B 的總線值；否則直接將的到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為16 位的二進(jìn)制數(shù)，即的到 1553B 的總線值。 而從 1553B 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理量的過(guò)程是上述過(guò)程的逆過(guò)程，首先取 1553B 數(shù)據(jù)的 LSB 到 MSB 位的數(shù)據(jù)，判定數(shù)據(jù)的符號(hào)位，如果為 0 再根據(jù) MSBEnable 是否使能進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換， MSBEnable 使能的情況下根據(jù) 2 的 digit 次冪和 MSBValue 進(jìn)行反轉(zhuǎn)換，否則根據(jù) LSBValue 進(jìn)行反轉(zhuǎn)換；如果為 1 那么對(duì)于得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行減 1 按位取反后，根據(jù) MSBEnable 是否使能進(jìn)行反轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，方法同正值過(guò)程，把轉(zhuǎn)換后的值乘以 1 后完成轉(zhuǎn)換過(guò)程。得到的數(shù)據(jù)則為反轉(zhuǎn)后的物理量格式數(shù)據(jù)。 物理量與 ARINC429 總線格式的轉(zhuǎn)換 根據(jù) XML 的文檔定義以及需求分析中的內(nèi)容，對(duì)于 XML 配置文檔中的ARINC429 信號(hào)與其物理量之間的相互轉(zhuǎn)換可以使用數(shù)據(jù)流模式進(jìn)行處理。從物理量到 ARINC429 格式的轉(zhuǎn)換過(guò)程可以看成如下的過(guò)程：首先根據(jù)數(shù)據(jù)的 Lable 值以 2 位3 位 3 位的格式來(lái)設(shè)置 ARINC429 格式的 0~7 位，然后判定物理量是 否大于 0，如果小于零則取其絕對(duì)值，符號(hào)位置 1，判斷 MSBEnable 是否是使能，如果 MSBEnable使能則根據(jù) MSB 與 LSB 的差為 2 的冪和 MSBValue 計(jì)算出等比例下轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)，并記錄 MSB 與 LSB 的差值，保存在 digit 中。如果 MSBEnable 不是使能就直接使用數(shù)據(jù)與 LSBValue 進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；得到轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)后對(duì)符號(hào)位進(jìn)行判斷，若為 1，則將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行按位取反加 1 操作變?yōu)?20 位二進(jìn)制數(shù)；若符號(hào)位為 0，則直接將得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 20 位的二進(jìn)制數(shù)。隨后將轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)作為 ARINC429 格式數(shù)據(jù)的 8~27 位，第 28 位為符號(hào)位， 29~30 位默認(rèn)置為 11，此時(shí)對(duì)于 31位的 ARINC429格式數(shù)據(jù)進(jìn)行奇校驗(yàn)，統(tǒng)計(jì) 1 的個(gè)數(shù)，保證數(shù)據(jù)最后有奇數(shù)個(gè) 1，若為偶數(shù)個(gè) 1，則31 位置 1；否則置 0；此時(shí)得到的將是完整的 ARINC429 格式數(shù)據(jù)。 而從 ARINC429 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理量的過(guò)程是上述過(guò)程的逆過(guò)程，首先取ARINC429 數(shù)據(jù)的 LSB 到 MSB 位的數(shù)據(jù)，判定符號(hào)位，如果為 1，則進(jìn)行減 1 按位取反操作，將得到的數(shù)據(jù)乘以 1，再根據(jù) MSBEnable 是否使能進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 MSBEnable 使能的情況下根據(jù) 2 的 digit 次冪和 MSBValue 進(jìn)行反轉(zhuǎn)換，否則根據(jù)LSBValue 進(jìn)行反轉(zhuǎn)換。得到的數(shù)據(jù)則為反轉(zhuǎn)后的物理量格式數(shù)據(jù)。 Excel 測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)出 在動(dòng)態(tài)測(cè)試運(yùn)行的同時(shí)，將測(cè)試的數(shù)據(jù)， 1553B 或者 429 格式的數(shù)據(jù)以及反轉(zhuǎn)后的數(shù)據(jù)，前后誤差，主模式，有效字等數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)組當(dāng)中。動(dòng)態(tài)測(cè)試停止時(shí)，用戶點(diǎn)擊導(dǎo)出信息后，將彈出文件對(duì)話框，由用戶指定保存的地點(diǎn)以及文件名。單擊確定之后，系統(tǒng)便將這些數(shù)組當(dāng)中的信息通過(guò) Microsoft Visual Studio 2020 與Microsoft Excel 2020 之間的接口，在當(dāng) 前系統(tǒng)后臺(tái)下開(kāi)啟 Excel 工作區(qū)間，將所有測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 Excel 表格當(dāng)中并保存起來(lái)。 動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比圖及誤差分析圖 在動(dòng)態(tài)測(cè)試運(yùn)行的同時(shí)，將轉(zhuǎn)換前后的數(shù)組以及兩者相減的誤差存入相應(yīng)的數(shù)組當(dāng)中。動(dòng)態(tài)測(cè)試停止之后，用戶點(diǎn)擊繪圖，系統(tǒng)便將這些數(shù)據(jù)通過(guò) Microsoft Visual Studio 2020 與 Matlab 之間的接口，將其傳送給 Matlab 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與繪圖。 Matlab在后臺(tái)繪制好圖形后會(huì)將圖片存放在系統(tǒng)指定的位置，之后系統(tǒng)會(huì)將繪制出來(lái)的圖像顯示到用戶界面的相應(yīng)位置。 用戶界面設(shè)計(jì) 為了讓使用本 系統(tǒng)的用戶能夠最大程度控制當(dāng)前界面，減少用戶的記憶負(fù)擔(dān)，保持界面設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性，本系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)、視覺(jué)設(shè)計(jì)上進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，形成良好的用戶界面，系統(tǒng)功能一目了然，使用簡(jiǎn)便。 Windows 風(fēng)格界面 如圖 所示，該系統(tǒng)的用戶界面風(fēng)格為 Windows 風(fēng)格界面，頂部為菜單欄，左側(cè)用于顯示解析后的 XML 文檔，供用戶選擇設(shè)備和信號(hào)。右上部分為動(dòng)態(tài)測(cè)試與靜態(tài)測(cè)試的卡片式面板。面板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，功能一目了然。右下部分為顯示動(dòng)態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)前后對(duì)比圖與誤差分析圖的部分，用戶可以在此清楚的看到不同信號(hào)，不同設(shè)備在不同測(cè) 試數(shù)據(jù)下的折線圖與誤差分析。最底端為系統(tǒng)狀態(tài)欄，用于顯示時(shí)間與用戶具體操作，同樣也會(huì)顯示導(dǎo)出數(shù)據(jù)與生成圖像的進(jìn)度。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 Windows風(fēng)格用戶界面設(shè)計(jì)圖 系統(tǒng)容錯(cuò)抗性設(shè)計(jì) 系統(tǒng)在進(jìn)行文檔解析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、參數(shù)傳遞、數(shù)據(jù)導(dǎo)出或控件操作的過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)與設(shè)想不符的操作或運(yùn)算，這個(gè)時(shí)候需要系統(tǒng)自動(dòng)判定錯(cuò)誤類型，并進(jìn)行自我校正，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)法校正時(shí)則需要對(duì)用戶進(jìn)行友好型的錯(cuò)誤提示。 當(dāng)系統(tǒng)初始運(yùn)行的過(guò)程中，如果用戶選擇的文檔不是標(biāo)準(zhǔn)的 XML 文檔或者所選取的 XML 文檔有數(shù)據(jù)損壞，系統(tǒng)也要提示用戶所選取的 XML 文檔是不可用的 XML文檔。系統(tǒng)在解析完文檔后，用戶會(huì)選擇靜態(tài)測(cè)試或動(dòng)態(tài)測(cè)試，在靜態(tài)測(cè)試中不同的信號(hào)會(huì)擁有不同的上下限，用戶難免會(huì)出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)判定數(shù)據(jù)是否越界、非法、無(wú)效，并根據(jù)不同的情況自動(dòng)提示用戶輸入有誤且會(huì)自動(dòng)清空用戶輸入的錯(cuò)誤信息，以便下次正確的輸入。 本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化，已將大量的工作交由系統(tǒng)自己處理，用戶需要操作的地方及其少，另外，也將用戶需要操作的地方進(jìn)行了 容錯(cuò)處理，將系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤的機(jī)率降到了最低 。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 5 詳細(xì)設(shè)計(jì) XML 文檔解析算法設(shè)計(jì) XML 文檔的解析是本系統(tǒng)的重中之重，只有正確的解析了該 XML 文檔，系統(tǒng)才能為用戶提供其它功能的操作。對(duì)于 XML 文檔的解析，系統(tǒng)需要在解析的同時(shí)將XML 文檔中的節(jié)點(diǎn)綁定到 Treeview 樹(shù)節(jié)點(diǎn)上，這其中涉及到控件的調(diào)用與深度優(yōu)先的遞歸操作，具體的流程圖如圖 所示。 圖 讀取 XML文檔并綁定到 Treeview樹(shù) 加載 XML 文檔 成功加載 大于子節(jié)點(diǎn)數(shù) 保存當(dāng)前節(jié)點(diǎn)內(nèi)容 將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)名綁定到 treeview 中 向下遞歸 清空 treeview 內(nèi)容 遞歸結(jié)束 保存當(dāng)前節(jié)點(diǎn)內(nèi)容 將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)內(nèi)容綁定到 treeview 中 提示加載失敗 提示加載成功 將 treeview樹(shù)顯示到用戶界面 Y N Y N N Y 開(kāi)始 結(jié)束 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 XML 文檔信息輔助類的設(shè)計(jì) 對(duì)于 XML 文檔當(dāng)中龐大的信息，如采用在鼠標(biāo)單擊事件中獲取，將增加系統(tǒng)運(yùn)行的開(kāi)銷，降低系統(tǒng)運(yùn)行速度。所以在獲取 XML 當(dāng)前操作設(shè)備信息的時(shí)候，該系統(tǒng)采用一次性初始化的方法，即在系統(tǒng)解析 XML 文檔的同時(shí)將文檔中每個(gè)設(shè)備的信息轉(zhuǎn)存到相應(yīng)的設(shè)備類當(dāng)中，以方便之后系統(tǒng)的調(diào)用。信息輔助類 Device Device2和 Device3 的成員變量和成員方法如圖 所示。 Digit429： int Digit1553： int Lenth429： int Lenth1553： int Max： string Min： string data： string[] lable： string LSB429： string LSB1553： string MSB429： string MSB1553： string MSBValue429： string MSBValue1553： string MSBEnable429： string MSBEnable1553：