AFDX应用程序设计概述

1应用程序设计

（1）应用程序需求在AFDX实验系统上，开发AFDX端系统应用程序，测试AFDX网络的确定性、安全性、可靠性等性能参数，进一步验证AFDX的性能及其适航性。应用程序的核心是为了向用户提供友好的界面，使用户在不知道底层封装时，通过调用终端板卡接口函数，实现板卡初始化，数据帧配置，数据发送／接收功能以及数据的统计功能，具体如下：①板卡初始化，能够完成链路建立，实现计数器、计时器清零，以及相关历史信息的清除，实现系统复位。②数据配置功能，发送部分，要实现发送数据帧格式内容的配置，使发送数据帧满足正确性和完整性；接收部分，可以配置接收文件。③数据通信链路，如果不能正常通信，可以报错，并返回到初始状态；如果正常接收，接收部分，能够解析接收到的数据信息并显示。④数据通信的统计功能，能够对发送／接收的数据帧的总数做统计，同时可以分别完成对正确帧和错误帧的统计。⑤数据过滤功能，能够在接收端设置过滤条件，实现有条件的数据接收。

（2）应用程序模块组成应用程序分成7个模块，分别是初始化模块、数据发送配置模块、发送模块、数据接收配置模块、接收模块、统计模块、过滤模块，如图2所示。其中，初始化模块主要实现打开板卡、帧计数器清零的工作；数据帧发送配置模块，主要是实现对数据帧的端口号、虚拟链路号、带宽分配间隔（BAGValue）、端口（NetSel）A／B进行设置等工作；数据发送模块主要实现选择数据发送方式、启动端口发送、实现数据传输；接收数据配置模块主要实现对接收条件进行配置，从而实现普通接收和条件接收；数据接收模块主要是从缓冲区接收数据，并将接收到的数据写入文件，且文件要按照一定的格式存储等；统计模块实现对发送数据帧的总数、发送包速率、发送速率的统计功能；过滤模块是实现有选择性的接收数据，对接收数据提出一些约束条件，从而接收到用户希望得到的、符合条件的数据。

（3）应用程序详细设计此应用程序是利用基于HKS664ES监控卡的接口函数实现的。实现原理：利用监控卡打开函数monitor＿card＿open（），打开板卡，然后根据ARINC644协议，调用发送控制函数SendCtrl（），对发送的数据按照数据帧定义的格式进行配置，然后利用发送／接收线程，调用板卡发送／接收函数moni－tor＿card＿send／receive（），实现数据的发送、接收，最后，调用monitor＿card＿close（）函数，关闭板卡。该应用程序采用多线程机制，数据发送线程从应用程序读数据，数据接收线程从AFDX终端设备读取数据，主线程负责设备控制、数据处理，其和设备间的通信通过动态链接库实现。下面详细介绍应用程序的主进程、发送线程、接收线程。（1）数据发送线程①发送数据配置模块在这个模块中，虚拟链路号配置是最关键的。因为AFDX采用静态路由，虚拟链路号唯一确定了目的端口，它是用目的MAC地址的后16位来表示的，且根据ARINC664协议第7部分可知，目的MAC地址的第一个字节默认为0x03。由于发送数据是按网络帧的格式定义的，因此，类似循环校验码FCS，序列号SN等，都会放置在数据帧固定的位置中，所以配置时，一定严格按照帧的定义填写，否则无法解析。同理，还要配置发送端口（A／B），带宽分配间隔（BAG），数据重复发送次数count、数据长度length，数据发送方式等。②数据发送模块将配置好的数据帧信息加载到板卡上，如果加载成功，就启动发送线程，调用发送函数（利用板卡提供的接口函数），发送数据；然后，当数据发送完，则终止发送线程。其中，定义一个标志量，通过判断它的值来决定是否停止调用发送函数，终止线程，例如定义sendflag，若sendflag＝1，则停止发送，反之，继续发送。具体流程图见图3。③统计模块统计模块是对发送或者接收的数据作出统计，只需在发送／接收函数前，设置计数器和计时器即可。计数器分为数据包（帧）计数器和字节计数器，可分别用send＿c和send＿b来表示；对于发送函数，计数器用“T计”来表示，每调用一次发送函数，包计数器send＿c加一次数据重复发送次数count，字节计数器自加length（IP），这是指每一帧数据的长度（用字节数表示）；对于接收函数，同发送函数的情况。具体流程图见图4。（2）数据接收线程①接收数据配置模块主要实现存储位置的配置和滤波条件的配置。存储位置的选择，即选择接收数据所要存储的文件，或者给出存储路径；滤波部分只对虚拟链路号（VLID）、帧序列号（SQN）这两个条件进行设计，其他情况可推而广之。②数据接收模块在完成对接收数据存放位置的配置，以及过滤条件的配置后，启动接收线程，调用接收函数，实现数据的接收。其中，同发送过程，定义一个标志量，例如rcvflag，通过判断它的值来决定是否停止调用接收函数，终止线程。若recflag＝1，则停止接收，反之，继续接收。具体流程图见图5。③过滤模块过滤功能，实际上就是按照用户输入的约束条件，对数据进行有选择的接收。过滤条件的种类很多，比如数据帧虚拟链路号，帧序列号，数据帧长度等。过滤条件也可以有各种组合形式，限于篇幅，这里不再详述。（3）主进程主进程完成工作：首先，打开板卡，对计数器和计时器清零，利用监控卡打开函数（monitor＿card＿open（））获得设备句柄。然后，在板卡正常工作后，启动数据发送和接收线程，进行数据以及简单文件的传输，实现数据通信。此外，还可以通过设置计时器和计数器，实现传输数据的统计功能。具体流程图见图6所示。本文来自于《计算机测量与控制》杂志。计算机测量与控制杂志简介详见

2程序运行结果

在实验中，硬件连接方面，用3根网线分别将交换机端口1、2、3与板卡1、2、3的端口A相连。首先，通过基于交换机调试用的软件，将一个配置好的静态路由表加载到交换机中，在此路由中，定义虚拟链路号VirtualLink为1的链路，是从交换机的端口1进，端口2出；虚拟链路号VirtualLink为2的链路，是从交换机的端口2进，端口1出；然后，打开利用VC＋＋编写好的应用程序，选择虚拟链路号VirtualLink为1，即确定数据是从交换机端口1进，端口2出；选择板卡的端口为A（即NetSel为1），说明发送端的板卡是由端口A连接至交换机的；带宽分配间隔取BAGValue为1ms（即BAGValue为1）；在数据配置完成并成功加载到板卡后，启动板卡，开始收发数据；程序转到数据发送／接收界面，通过“文件选择”，选择发送的文件，然后通过发送／接收按钮，实现数据的发送／接收。交换机配置表，见表1。

3结束语

AFDX应用程序设计完成了AFDX实验系统的数据传输，并具有AFDX网络数据传输的基本统计功能，在简单且易操作的图形界面下，可以和用户进化交互。该应用程序为开展AFDX系统的应用研究和网络的适航性提供了基础。在航空电子系统中，AFDX凭借延迟确定、传输速度高、可靠性高、维护性高、所需配线少等明显优势，势必成为新一代航空数据总线的主要选择［4］。在后续的研究中，可以加入高精度时间标记、虚链路层的故障注入等功能，可以更深入的开展AFDX网络的研究与应用。

作者：陈冬英 宋东 郭甲琦 单位：西北工业大学