CN103645947A

CN103645947A - Mil-std-1553b总线监控及数据分析系统

Info

Publication number: CN103645947A
Application number: CN201310607812.8A
Authority: CN
Inventors: 宋佳; 蔡国飙; 施文杰; 李小川; 王鹏
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-11-25
Also published as: CN103645947B

Abstract

本发明公开了一种1553B总线监控及数据分析系统，包括板卡接口类模块、线程调度模块和人机交互界面接口模块；板卡接口类模块包括板卡初始化模块、启动/停止接收控制模块、中断处理模块、数据获取模块和故障记录模块；线程调度模块设有数据监控存储线程、数据解析线程、数据显示线程、消息循环主线程；人机交互界面接口模块设有用户验证与管理模块、监控模式设置模块、监控启停设置模块、数据转换设置模块、转换启停设置模块、数据存储模块、数据列表显示模块；本发明采用线程动态调度算法，能够实现总线数据的全面监控、MT监控数据的实时存储、显示、解析转换，也能够实现特定格式存储的总线监控信息的显示、存储数据的转换处理。

Description

MIL-STD-1553B总线监控及数据分析系统

技术领域

本发明属于监控系统领域，具体涉及一种1553B总线监控及数据分析系统。

背景技术

1553B是MIL-STD-1553B总线的简称，其全称为飞机内部时分制命令/响应式多路传输数据总线。由于其传输速率高，设备之间连接简单灵活，噪声容限高，实时性好而且可靠，因此为美国军标所采用，将其作为机载设备相互通讯的总线标准。1553B总线是一种集中式的分时串行总线，其多余度的总线型拓扑结构，保证了良好的容错性和故障隔离。它采用曼彻斯特码进行编码，可以采用半双工方式进行双向传输，数据传输速率可以达到1Mbps。目前，1553B总线被广泛的应用在飞机综合航电系统、外挂物管理与集成系统、飞行控制系统以及坦克、舰船、航天等领域，已经成为在航空航天领域占统治地位的总线标准。

在实际使用过程中由于总线上设备众多且数据量大，往往很难对通讯故障进行定位，因此总线监控及数据分析系统的开发变得十分必要。现有的1553B总线监测系统，由于普遍采用在线解析的数据检测方法，因而往往存在实时性差、监测信息不详细和数据完整度不够等问题，不利于发现和查找故障，给使用带来了诸多不便。在公开专利号CN101799795A的《一种1553B总线监控器及具有该监控器的总线系统》中介绍了一种1553B总线监控器及具有该监控器的总线系统能够完成对总线上信息传输的监控及存储功能，但并没有涉及数据解析方式的内容，难以满足用户的需求。于是一套完备的1553B总线监控及数据分析系统就显得极为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了解决已有技术的不足，提出了一种1553B总线监控及数据分析系统。

本发明是使用1553B总线接口板卡作为1553B总线网络总线监控器（MT）节点，以1553B总线形式作为通讯骨干的网络，可实现总线数据的全面监控、MT监控数据的实时存储、显示、解析转换等，也适用于特定格式存储的总线监控信息的显示、存储数据的转换处理等。所设计的MIL-STD-1553B总线监控及数据分析系统主要由板卡接口类模块、线程调度模块和人机交互界面接口模块组成。

一种1553B总线监控及数据分析系统，包括板卡接口类模块、线程调度模块和人机交互界面接口模块；

板卡接口类模块包括板卡初始化模块、启动/停止接收控制模块、中断处理模块、数据获取模块和故障记录模块；

板卡初始化模块完成1553B板卡的初始化操作，用户输入板卡号，调用板卡底层驱动，自动进行系统初始化并设置板卡为MT工作模式；启动/停止接收控制模块用于创建MT数据实时监听进程，并且将接收到的数据存入缓存；中断处理模块采用多媒体定时器，不受消息机制的约束，中断到达后，直接调用预先设置好的回调函数读取缓存中的数据；数据获取模块获取中断中读取的数据，为数据处理做准备；故障记录模块将系统出现的故障、错误生成日志；

线程调度模块设有数据监控存储线程、数据解析线程、数据显示线程、消息循环主线程；

数据监控存储线程在板卡功能设置成功后创建，优先级最高，总线上的数据流作为其输入，其输出直接存储到内部缓存；数据解析线程与数据监控线程一同创建，优先级相同，总线空闲时，数据解析线程被唤醒，将监测到的缓存中的数据进行详细的解包处理，并把解析处理后的数据进行存储；数据解析线程完成同时把解析得到的数据送给数据显示线程，完成数据的显示；消息循环主线程采用线程动态调度算法，实时监测总线状态，当总线处于活动状态时，唤醒数据监控存储线程，而当总线处于空闲状态时，唤醒数据解析线程，完成了两个线程间的切换；

人机交互界面接口模块主窗口负责系统的用户管理及数据管理，根据用户定制的任务规划和资源配置情况对系统进行初始化设置，将监控和数据解析结果按照要求进行界面显示；

人机交互界面接口模块设有用户验证与管理模块、监控模式设置模块、监控启停设置模块、数据转换设置模块、转换启停设置模块、数据存储模块、数据列表显示模块；

用户验证与管理模块限定只有特许的用户才能操作系统，当用户正确登录后才能进行后续的操作；监控模式设置模块用于板卡的工作模式设定，设定板卡的工作模式为MT模式；监控启停设置模块用于启动或者停止系统，监控启动时，同时创建数据监控线程和数据解析线程；数据转换设置模块用于确定需要转换的数据类型以及需要解析的数据；转换启停设置模块用于数据解析的转换控制，当转换启动时，允许消息循环主线程唤醒数据解析转换线程，否则无法唤醒此线程；数据存储模块负责对监测数据和解析数据的存储设置；数据列表显示模块负责对解析前及解析后的数据显示。

本发明的积极作用在于：

1、本发明提出了一种1553B总线监控及数据分析系统，通过板卡接口类调用板卡底层驱动程序，利用线程的动态调度完成总线数据的记录和解析转换，并能够将结果按照设置通过人机交互界面呈现给用户。

2、本发明提出了一种1553B总线监控及数据分析系统，采用线程动态调度算法，保证了线程的资源独占性，提高了系统的数据处理能力，具有较好的实时性，即使在数据量较大时仍然能够保证数据的完整性。

3、本发明提出了一种1553B总线监控及数据分析系统，采用离线解析的方式，不会存在数据丢失的问题，能够对数据进行详细的解析处理，而且可以根据用户定制的规则对检测到的数据进行详细的解包处理，并且按照用户的设置进行显示，更加便于用户发现故障和存在的问题。

4、本发明提出了一种1553B总线监控及数据分析系统，可以对以往的MT监控数据按照用户制定的消息格式进行解析及转换，并保存至相关目标文件，便于用户对以往数据的分析。

5、本发明提出了一种1553B总线监控及数据分析系统，可以对总线数据进行实时监控及数据解析转换和显示，可以为备份的总线控制器提供足够信息以使该备份在适当的时候取代发生故障的总线控制器，增加系统的可靠性。

6、本发明提出了一种1553B总线监控及数据分析系统，开发周期短，采用模块化设计，结构简单，操作简单易学，而且用户能够按照自己的需求设置数据解析转换的格式，转换精度高，在保证实时性的同时能够保证数据的完整性，因此能够满足了用户全方位的要求。

附图说明

图1：MIL-STD-1553B总线监控及数据分析系统组成框图；

图2：MIL-STD-1553B总线监控及数据分析系统线程动态调度示意图；

图3：MIL-STD-1553B总线监控及数据分析系统人机交互界面主窗口运行流程图；

图4：1553B总线监控及数据分析软件控制系统人机交互界面子窗口MT监控数据解析转换流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明提出了一种1553B总线监控及数据分析系统，主要有便携式工控机和通过扩展具有MT功能的1553B总线接口板卡，构成了一个通用的1553B总线数据监控和数据解析功能的硬件平台。其中，监控器的显示和数据的解析处理部分采用工控机完成。1553B总线接口板卡用于和被监控总线间的通信，实时监控1553B总线上的信息。

硬件是系统功能实现的基础和保障，软件是系统功能实现的关键与核心，基于硬件平台，软件系统应能够实现总线数据的监控、记录、显示以及数据的解析处理。如图1所示，为本系统的组成框图，主要包括板卡接口类模块、线程调度模块和人机交互界面接口模块。

板卡接口类模块主要是对1553B接口板卡提供的底层驱动库按照面向对象的思想进行进一步的封装，使封装后的接口类具有完善的错误和异常处理机制，比直接使用底层函数更加安全和易用，同时也使系统更好地符合了“高内聚、低耦合”的软件开发原则。

如图1板卡接口类模块又细分为板卡初始化、启动/停止接收控制、中断处理、数据获取和故障记录模块。板卡初始化模块主要完成板卡的初始化操作，需要用户首先输入板卡号，调用板卡底层驱动，自动进行系统初始化并设置板卡为MT工作模式；启动/停止接收控制主要用于创建MT数据实时监听进程，并且将接收到的数据存入缓存；中断处理模块采用多媒体定时器，不受消息机制的约束，中断到达后，直接调用预先设置好的回调函数读取缓存中的数据；数据获取模块主要是获取中断中读取的数据，为数据处理做准备；故障记录模块用于把系统出现的故障、错误等生成日志，便于研究人员分析研究。

线程调度模块是本发明的核心部分，它负责记录、解析、显示和存储总线数据。由于计算机是抢占式多任务操作系统，其运行的任务是动态的，根据用户启动的进程数随时变化。线程是CPU进行调度的最小单位，线程的优先级的高低直接决定了CPU在一定时间内分配给它的时间片的多少。在优先级相同的情况下，一个软件中运行的线程越多，每个线程被分配的时间片就越少，因此在监控过程中就容易出现部分信息丢失的问题，不能保证系统的实时性。为了解决这个问题，本发明采用离线解析的方法，即总线数据记录和数据解析异步进行，程序根据当前的总线状态动态地决定要执行的操作，从而能够提高监控系统的效率。在系统启动时，创建两个工作线程，数据监控线程和数据解析线程，并将它们的优先级均设置为最高，从而使得操作系统能够分配给监控系统更多的执行时间。数据监控线程负责对总线上的数据流进行监控记录，并进行一些必要的预处理，为数据解析线程做准备。数据解析线程用来对记录下的数据进行详细解包，并完成数据的存储和显示。

如图1线程调度模块，数据监控存储线程在板卡功能设置成功后创建，优先级最高，总线上的数据流作为其输入，其输出直接存储到内部缓存；数据解析线程与数据监控线程一同创建，优先级相同，总线空闲时，数据解析线程被唤醒，将监测到的缓存中的数据进行详细的解包处理，并把解析处理后的数据进行存储；数据解析线程完成同时把解析得到的数据送给数据显示线程，完成数据的显示；消息循环主线程采用线程动态调度算法，实时监测总线状态，当总线处于活动状态时，唤醒数据监控存储线程，而当总线处于空闲状态时，唤醒数据解析线程，完成了两个线程间的切换。

如图2所示为线程动态调度示意图。数据监控线程在创建后即开始运行，而数据解析线程创建后即设置为挂起状态，系统实时监测当前1553B总线的工作状态，在总线空闲时将数据解析线程设置为活动状态并将数据监控线程挂起，而当总线处于活动状态时再将数据监控线程唤醒而将数据解析线程设置为挂起状态，而当系统停止时，数据解析线程直至数据解析完毕后才会停止运行。由图2可以知道，这种算法保证了系统在任何时刻只有一个工作线程在运行，能够提高系统的数据处理能力，保证系统实时性的同时实现对数据流的完整监控，提高了资源的利用效率。而且由于是数据离线解析，不会存在数据丢失的问题，而且可以根据用户定制的规则对监测到的数据进行详细的解析转换，更加便于用户发现故障。

人机交互界面接口模块主窗口主要负责系统的用户管理及数据管理，根据用户定制的任务规划和资源配置情况对系统进行初始化设置，将监控和数据解析结果按照要求进行界面显示。图3为主窗口运行流程图。首先需要用户进行界面登录，登录不成功时直接退出系统，而当用户成功登陆后，必须对系统进行初始操作并且设置板卡为BM工作模式，模式设置不成功，退出系统，反之用户可以根据需要定制需要监视的远程终端以及需要解析的数据设置成功后系统启动，同时创建数据监视线程和数据解析线程，由消息循环主线程检测总线状态，根据总线的状态对工作线程进行动态调度，保证同一时刻只有一个线程在运行，监测任务完成后，发系统停止命令，等待数据解析线程结束，转到数据存储和显示线程，完成对解析数据的存储和显示，观察检测结果，退出系统，存储日志。

为了便于用户分析数据，所述人机交互接口模块子窗口还能完成对以往MT监控数据文件的解析转换，可以根据保存消息的ID标识信息，对MT监控信息进行分类，并且还可以实现具体RT地址及相关RT子地址消息格式的消息解析及转换，并保存至相关目标文件。所述MT监控数据解析转换需要确定要转换的有效的MT数据文件，获得转换后文件句柄，然后对信息进行分类，完成数据的解析转换，详细的MT数据转换流程图如图4所示。登录系统后，首先选择待转换的MT数据文件，判断文件的有效性，文件无效返回继续选择有效文件，如果文件有效，设置需要转换消息的类型、转换后文件句柄，然后读取第一条MT消息，对MT消息进行分类。判断需要转换的消息为BC->RT时，保存所有BC->RT消息成功，则顺序读取MT二进制监控数据文件，将消息转换成文本格式并保存；保存所有BC->RT消息失败，则进入特定RT地址判断，如果为特定的RT地址则顺序读取MT二进制数据文件，记录该RT地址的所有消息，否则，顺序读取MT二进制数据文件，记录该RT地址、特定子地址的所有消息；判断需要转换的消息类型为RT->BC消息时，完成所有RT->BC，设定RT地址的RT->BC以及特定RT子地址的RT->BC消息的转换；判断需要转换的消息为RT->RT消息时，只需要按照用户要求，完成设定的RT->RT消息的转换；判断需要转换的消息为矢量字消息时，需要完成设定RT地址的矢量字消息的转换；判断需要转换的消息为广播消息时，进行广播消息的转换。如图1所示人机交互界面接口，用户验证与管理模块限定了只有特许的用户才能操作此系统，当用户正确登录后才能进行后续的操作；监控模式设置用于板卡的工作模式设定，在此我们设置板卡的工作模式为MT模式；监控启停设置主要用于启动或者停止系统，监控启动时，同时创建数据监控线程和数据解析线程；数据转换设置主要用于确定需要转换的数据类型以及需要解析的数据；转换启停设置模块主要用于数据解析的转换控制，当转换启动时，允许消息循环主线程唤醒数据解析转换线程，否则无法唤醒此线程；而数据存储负责对监测数据和解析数据的存储设置；数据列表显示负责对解析前及解析后的数据显示，触发此模块后能够立即显示解析前后的数据。

Claims

1.一种1553B总线监控及数据分析系统，包括板卡接口类模块、线程调度模块和人机交互界面接口模块；

2.根据权利要求1所述的一种1553B总线监控及数据分析系统，线程调度模块中，数据监控线程在创建后即开始运行，数据解析线程创建后即设置为挂起状态，系统实时监测当前1553B总线的工作状态，在总线空闲时将数据解析线程设置为活动状态并将数据监控线程挂起，而当总线处于活动状态时再将数据监控线程唤醒而将数据解析线程设置为挂起状态，而当系统停止时，数据解析线程直至数据解析完毕后才会停止运行。

3.根据权利要求1所述的一种1553B总线监控及数据分析系统，人机交互界面接口模块中，设有主窗口，主窗口运行流程为：首先需要用户进行界面登录，登录不成功时直接退出系统，而当用户成功登陆后，必须对系统进行初始操作并且设置板卡为BM工作模式，模式设置不成功，退出系统，反之用户可以根据需要定制需要监视的远程终端以及需要解析的数据设置成功后系统启动，同时创建数据监视线程和数据解析线程，由消息循环主线程检测总线状态，根据总线的状态对工作线程进行动态调度，保证同一时刻只有一个线程在运行，监测任务完成后，发系统停止命令，等待数据解析线程结束，转到数据存储和显示线程，完成对解析数据的存储和显示，观察检测结果，退出系统，存储日志。

4.根据权利要求1所述的一种1553B总线监控及数据分析系统，人机交互接口模块中，设有子窗口，子窗口完成对以往MT监控数据文件的解析转换，根据保存消息的ID标识信息，对MT监控信息进行分类，并且实现具体RT地址及相关RT子地址消息格式的消息解析及转换，并保存至相关目标文件；所述MT监控数据解析转换需要确定要转换的有效的MT数据文件，获得转换后文件句柄，然后对信息进行分类，完成数据的解析转换。

5.根据权利要求4所述的一种1553B总线监控及数据分析系统，MT数据转换为：登录系统后，首先选择待转换的MT数据文件，判断文件的有效性，文件无效返回继续选择有效文件，如果文件有效，设置需要转换消息的类型、转换后文件句柄，然后读取第一条MT消息，对MT消息进行分类；判断需要转换的消息为BC->RT时，保存所有BC->RT消息成功，则顺序读取MT二进制监控数据文件，将消息转换成文本格式并保存；保存所有BC->RT消息失败，则进入特定RT地址判断，如果为特定的RT地址则顺序读取MT二进制数据文件，记录该RT地址的所有消息，否则，顺序读取MT二进制数据文件，记录该RT地址、特定子地址的所有消息；判断需要转换的消息类型为RT->BC消息时，完成所有RT->BC，设定RT地址的RT->BC以及特定RT子地址的RT->BC消息的转换；判断需要转换的消息为RT->RT消息时，只需要按照用户要求，完成设定的RT->RT消息的转换；判断需要转换的消息为矢量字消息时，需要完成设定RT地址的矢量字消息的转换；判断需要转换的消息为广播消息时，进行广播消息的转换。