【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)都需要通過航空電子總線相互連接起來。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)行綜合測試，日益成為航空總線測試領(lǐng)域研究的熱點。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)計了航空電子接口信息提取算法，態(tài)測試和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前后對比分析和誤差分析等功能。

　　

【正文】 對其轉(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 位有符號整數(shù)格式。相對于 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 位用于識別數(shù)據(jù)類型和與數(shù)據(jù)相對應(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 位為奇偶校驗位。其余 8～ 27 位即是數(shù)據(jù)位。因此針對飛機(jī)俯仰角信號需要完成的任務(wù)即是把 90～ 90 的 32 位浮點數(shù)格式的數(shù)據(jù)通過轉(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)成沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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 ) 實時網(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 奇偶校驗位 信號轉(zhuǎn)換動態(tài)測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前后對比及誤差圖需求分析 根據(jù)要求需要對動態(tài)變化的測試數(shù)據(jù)繪制轉(zhuǎn)換前后對比圖與誤差分析圖。在信號動態(tài)測試的過程中保存一個周期的初始化物理量和從總線信號反轉(zhuǎn)換后的物理量，然后求出測試數(shù)據(jù)偏差。在動態(tài)測試停止后，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。沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 4 概要設(shè)計 根據(jù)需求分析的結(jié)果，完成本系統(tǒng)需要有以下幾個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 測試數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊、動態(tài)測試數(shù)據(jù)對比圖及誤差分析圖模塊等五個模塊。同時為了增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性、優(yōu)化用戶體驗，需要對用戶界面、系統(tǒng)容錯能力、多線程下系統(tǒng)抗性等方面進(jìn)行設(shè)計，所以設(shè)計子模塊還包括用戶界面設(shè)計模塊、系統(tǒng)容錯抗性設(shè)計。下面分別對以上七個關(guān)鍵子模塊進(jìn)行詳細(xì)闡述其概要設(shè)計內(nèi)容。 功能概要設(shè)計 XML 文檔解析 XML 文檔解析主要實現(xiàn)應(yīng)用戶 自主選擇一個 XML 文檔后交由系統(tǒng)解析該 XML文檔，然后顯示到 XML 解析樹（ TreeView）上。針對文檔樹節(jié)點類型的不一致性，我們可以設(shè)計通過深度優(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，對其根目錄下的所有節(jié)點進(jìn)行深度優(yōu)先遞歸遍歷。當(dāng)子節(jié)點的個數(shù)小于 1 時返回到父節(jié)點同級的下一個節(jié)點繼續(xù)深度優(yōu)先遞歸遍歷，在遍歷的同時如當(dāng)前節(jié)點為非文本節(jié)點，則將該節(jié)點的名稱放入 treeview 的一個空白節(jié)點中，如當(dāng)前節(jié)點為文本節(jié)點，則將該節(jié)點的內(nèi)容放入 treeview 的空白節(jié)點中。如此，當(dāng)遍歷到文檔最后一個節(jié)點時，深度優(yōu)先遞歸結(jié)束， XML 解析樹生成完畢。為了使系統(tǒng)之后的運算簡化，在解析 XML 文檔的同時將每一個節(jié)點的內(nèi)容加入到一個 inner的字符串中，每個節(jié)點內(nèi)容以“；”隔開。在解析完成時，將 inner 按照 Device 為分割點分割為三個設(shè)備獨自的字符串，分別將其傳入 Device 類中，為每一個 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，對于 XML 配置文檔中的 1553B信號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)換過程可以看成如下的過程：首先判定物理量是否大于 0，如果小于零則取絕對值，符號位置 1；然后判定 MSBEnable 是否是使能，如果 MSBEnable 使能那么沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 根據(jù) MSB 與 LSB 的差為 2 的冪和 MSBValue 計算出等比例下轉(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，對符號位進(jìn)行判斷，如符號位為 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 使之成為補碼形式，再在最高位加上符號位的 到所要求的 1553B 的總線值。如果符號位為 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)換成物理量的過程是上述過程的逆過程，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)，方法同正值過程，把轉(zhuǎn)換后的值乘以 1 后完成轉(zhuǎn)換過程。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，對于 XML 配置文檔中的ARINC429 信號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)換過程可以看成如下的過程：首先根據(jù)數(shù)據(jù)的 Lable 值以 2 位3 位 3 位的格式來設(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值，符號位置 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)后對符號位進(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 位為符號位， 29~30 位默認(rèn)置為 11，此時對于 31位的 ARINC429格式數(shù)據(jù)進(jìn)行奇校驗，統(tǒng)計 1 的個數(shù)，保證數(shù)據(jù)最后有奇數(shù)個 1，若為偶數(shù)個 1，則31 位置 1；否則置 0；此時得到的將是完整的 ARINC429 格式數(shù)據(jù)。 而從 ARINC429 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成物理量的過程是上述過程的逆過程，首先取ARINC429 數(shù)據(jù)的 LSB 到 MSB 位的數(shù)據(jù)，判定符號位，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，沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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 測試數(shù)據(jù)導(dǎo)出 在動態(tài)測試運行的同時，將測試的數(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。動態(tài)測試停止時，用戶點擊導(dǎo)出信息后，將彈出文件對話框，由用戶指定保存的地點以及文件名。單擊確定之后，系統(tǒng)便將這些數(shù)組當(dāng)中的信息通過 Microsoft Visual Studio 2020 與Microsoft Excel 2020 之間的接口，在當(dāng) 前系統(tǒng)后臺下開啟 Excel 工作區(qū)間，將所有測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 Excel 表格當(dāng)中并保存起來。 動態(tài)測試數(shù)據(jù)對比圖及誤差分析圖 在動態(tài)測試運行的同時，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。動態(tài)測試停止之后，用戶點擊繪圖，系統(tǒng)便將這些數(shù)據(jù)通過 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在后臺繪制好圖形后會將圖片存放在系統(tǒng)指定的位置，之后系統(tǒng)會將繪制出來的圖像顯示到用戶界面的相應(yīng)位置。 用戶界面設(shè)計 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)計的簡潔性，本系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計、交互設(shè)計、視覺設(shè)計上進(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。右上部分為動態(tài)測試與靜態(tài)測試的卡片式面板。面板設(shè)計簡潔，功能一目了然。右下部分為顯示動態(tài)測試數(shù)據(jù)前后對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，不同設(shè)備在不同測 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，用于顯示時間與用戶具體操作，同樣也會顯示導(dǎo)出數(shù)據(jù)與生成圖像的進(jìn)度。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 Windows風(fēng)格用戶界面設(shè)計圖 系統(tǒng)容錯抗性設(shè)計 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)出或控件操作的過程中不可避免會出現(xiàn)與設(shè)想不符的操作或運算，這個時候需要系統(tǒng)自動判定錯誤類型，并進(jìn)行自我校正，當(dāng)系統(tǒng)無法校正時則需要對用戶進(jìn)行友好型的錯誤提示。 當(dāng)系統(tǒng)初始運行的過程中，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，用戶會選擇靜態(tài)測試或動態(tài)測試，在靜態(tài)測試中不同的信號會擁有不同的上下限，用戶難免會出現(xiàn)輸入錯誤，系統(tǒng)會根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)判定數(shù)據(jù)是否越界、非法、無效，并根據(jù)不同的情況自動提示用戶輸入有誤且會自動清空用戶輸入的錯誤信息，以便下次正確的輸入。 本系統(tǒng)經(jīng)過不斷優(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 容錯處理，將系統(tǒng)運行錯誤的機(jī)率降到了最低 。沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 5 詳細(xì)設(shè)計 XML 文檔解析算法設(shè)計 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。對于 XML 文檔的解析，系統(tǒng)需要在解析的同時將XML 文檔中的節(jié)點綁定到 Treeview 樹節(jié)點上，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 加載 XML 文檔 成功加載 大于子節(jié)點數(shù) 保存當(dāng)前節(jié)點內(nèi)容 將當(dāng)前節(jié)點名綁定到 treeview 中 向下遞歸 清空 treeview 內(nèi)容 遞歸結(jié)束 保存當(dāng)前節(jié)點內(nèi)容 將當(dāng)前節(jié)點內(nèi)容綁定到 treeview 中 提示加載失敗 提示加載成功 將 treeview樹顯示到用戶界面 Y N Y N N Y 開始 結(jié)束 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 XML 文檔信息輔助類的設(shè)計 對于 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)運行的開銷，降低系統(tǒng)運行速度。所以在獲取 XML 當(dāng)前操作設(shè)備信息的時候，該系統(tǒng)采用一次性初始化的方法，即在系統(tǒng)解析 XML 文檔的同時將文檔中每個設(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：