飞控系统实时数据记录器的设计实现

徐 智，王安平，舒 舟，胡玉露

(1.中航工业直升机设计研究所，江西景德镇 333001;2.陆航驻景德镇地区军事代表室，江西景德镇 333001)

0 引言

飞行参数记录器是现代飞行器上必装的设备之一。最初，它们只是在重大事故中作为帮助调查员进行调查的手段。现在，由于在数据收集和存储方面的改进，这些数据还可有许多其他用途。在以往直升机科研试飞阶段，往往需要借助飞行参数记录器中记录下的飞行数据，并以此作为依据开展飞控系统排故和控制律调参工作。由于飞行参数记录器中记录的飞控系统参数的更新周期较长，不能满足飞控系统实时性的要求;而且飞行参数记录器所记录的对象是面对全机的，所以分配给飞控系统的存储空间有限，导致飞控系统参数记录的数据不全面。因此在直升机科研试飞阶段，需要一个飞控系统专用的数据记录器，用以实时记录下飞控系统所有的飞行参数及故障信息。本文提出并实现了一种用于实时记录飞控系统飞行参数的数据记录器。

1 数据记录器的硬件实现

该数据记录器是基于ARM9处理器、FPGA和429总线接口器件实现的。其系统组成如图1所示。其中，在数据记录器上电的时候，CPU、FPGA完成自身的初始化，CPU通过逻辑控制信号、数据总线和FPGA，对429接口器件进行初始化。429接口器件能同时完成两路429信号的接收任务，同时产生中断信号。CPU接收到中断请求信号，对中断进行响应，并对中断信号进行判别。FPGA利用数据线将429接口器件中的429数据读取出来，并放到数据总线上。CPU将读取到的429数据，按相应的存放策略存储到CF存储卡中。由此完成了429数据的接收和存储任务。

图1 数据记录器系统组成图

该数据记录器的CF存储卡的容量为16G。CF卡的读写以扇区为单位，每扇区容量为512个字节，共有31980817个扇区。其中0扇区为信息索引扇区，用于记录飞行架次信息和每架次信息所占用的最后一个扇区号。扇区1至扇区15990407为A路429数据存储区域，扇区15990408至扇区31980816为B路429数据存储区域。假设每架次飞行时间为4小时，按下列公式计算可得理论上最多记录飞行架次为71架次，满足实际飞行的需要。

记录的飞行架次:RFT(Record Flight Times);

每拍发送的429数据字:429WPS(429WORD per Step)=25;

每拍数据发送周期:t=12.5 ms;

每架次飞行时间:T=4 Hour;

单路数据存储区域扇区数:TB(Total Blocks)=15990407;

2 数据记录器的软件实现

数据记录器的软件分为两部分。其一是驻留于飞控计算机内的飞控系统数据发送软件，另一部分则是驻留于飞控数据记录器内的飞控系统数据存储软件。

2.1 数据发送软件

该软件植入于飞控系统软件之中，运行周期为12.5ms，用于获取飞控系统实时数据，并对数据进行加工，使之成为适应ARINC429总线发送的格式并通过429总线将数据发送给飞控数据记录器。发送给数据记录器的信号参数，除了传统的飞行参数之外，还将系统的外部输入控制信号，飞控系统内部故障监控信息和控制律计算中间变量加工成429数据发送给数据记录器。相对飞参数据记录器而言，飞控数据记录器中记录的数据更具实时性，记录的信号参数更加具体和充分。以某型机为例，飞参记录数据的周期为250ms，而飞控数据记录器记录的周期为12.5ms;飞参记录的信号为140个，而飞控数据记录器记录的信号多达200多个。

由于该软件运行周期为12.5ms，系统在一个周期内无法将所有信号发送完毕。根据飞控系统参数的重要程度和429总线的波特率，在设计发送策略时，分为了12.5ms速率发送组，50ms速率发送组和100ms速率发送组。并将所有信号分为13组，保证每一拍都能发送25个429字。

该软件流程图如图2所示。通过判别计数器的值，确定每一拍加工的数据信息组，在每拍中都有1个12.5ms发送组、1个50ms发送组和1个100ms发送组。从而既匹配了429的波特率，又将所有200多个飞控系统信息全部分时发送个了数据记录器。

2.2 数据存储软件

该软件驻留于飞控数据记录器中，负责采集429总线上的数据，并将其存储在CF卡中。其软件流程图如图3所示。大概过程如下:

图2 飞控数据发送软件流程图

图3 飞控系统数据存储软件流程图

1)首先，数据记录器上电之后，对整个系统进行初始化;

2)将CF卡作为文件系统打开，并判断打开是否成功，若CF卡打开不成功，则结束软件的运行;

3)成功打开CF卡后，读取扇区0中的信息，并判断读取是否成功，若不成功，则结束软件的运行;

4)成功读取扇区0中的信息，判断第一个字节是否为0x5A，如果是0x5A则按续写储存策略进行数据存储，如果是0x0则按重写存储策略进行数据存储;

5)判断是否有429数据接收的中断请求，如果有中断请求则将接收到的数据按存储策略进行存储。

3 结束语

通过对飞控系统数据记录需求进行充分分析后，设计和实现的该机载飞控系统数据记录器可以较好地完成数据采集和存储任务。该数据记录器已在某型机的飞控系统地面闭环试验中得到充分应用，并起到了积极作用。在该系统设计过程中，特别是在飞控系统参数发送中，实现既匹配429总线的波特率又兼顾飞控系统参数的重要性和完整性，这在今后类似设备设计时具有较强的借鉴意义。

［1］邓思才，译.飞行数据记录器和舱音记录器数据当前的应用［Z］.事故分析方法

［2］韩玮，翟正军.飞行数据综合记录与分析系统的设计与实现［J］.计算机工程与设计，2007(17):137-139.