航电实时测试系统解决方案

应用

航电实时测试系统主要应用于航空座舱的实时测试。座舱测试过程中，输入和输出信号的实时性至关重要，尤其是在多任务操作时，必须保证系统稳定的loop时间。为了满足这一需求，客户选择了基于Linux系统的解决方案，并在操作系统中添加了RT补丁以确保实时性能。

挑战

在开发过程中，客户面临的主要挑战是如何确保系统的实时性和稳定性。这不仅涉及到硬件的选择，还包括软件的优化和调试。因此，需要确保在测试过程中，输入和输出能够保持高度的同步性和精确性，以满足航空测试的严格要求。

解决方案

为了解决在航空座舱测试中遇到的实时性和稳定性挑战，我们使用简仪PXIe-3127e控制器，并装载客户指定的CentOS7操作系统搭配RT补丁，以确保系统的实时性。通过PXIe-5711的single point模式间隔输出5 ms的5 V和0 V信号，利用PXIe-5510的CI测量功能记录高低电平的时间，进而计算其均值、标准差、分布以及误差的分布情况，以评估系统的稳定性和精度。此外，简仪提供基于面向对象的C++驱动，方便客户在Linux环境下调用并开发上位机软件，同时提供完整的示例代码，简化编程过程，提高开发效率。 为提高实时性，我们采取了以下措施：

安装RT补丁，内核版本为3.10.0-1160.119.1.rt56.1270.el7.x86_64

关闭超线程，超线程虽然可以提高系统并行处理的能力，但对于实时性却会引入更大的不确定性，因此，关闭超线程可以一定程度上提高实时性，可以在命令行输入以下命令关闭超线程：

echo off | sudo tee /sys/devices/system/cpu/smt/control

隔离 CPU 核心，用于执行高实时性要求的进程，未设置 CPU 亲和度的进程，一般是不执行到北隔离的 CPU 核心的，这样，高实时性要求的进程执行在被隔离的 CPU 上后，则尽可能的不会受到其他进程的影响。可以通过修改内核命令行参数来隔离 CPU 核心，增加参数 isolcpus=3，则可以隔CPU3。

使用pthread_create创建运行实时线程，并配置CPU亲和，线程的调度方式和优先级，参考代码如下：

在代码中利用clock_nanosleep精确控制时间的操作，参考：

clock_gettime(par->clock, &t);

t.tv_sec += interval.tv_sec;

t.tv_nsec += interval.tv_nsec;

clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME, &t, NULL);

测试结果

图1为未采取提高实时性的措施之前得到的结果，采集得到的时间数据的标准差为5微秒左右，数据与均值的差值的分布较为分散。

图2为采取了提高实时性的措施之后得到的结果，标准差为1微秒左右，且数据与均值的差值的分布集中在1微秒之内，这说明数据误差更小且集中度更好。

图1

图2

使用的简仪产品

硬件

PXIe-2722G3：高数据传输带宽18插槽 PXIe Gen3 机箱

PXIe-3127e：配备第11代Intel Core i7-11850HE处理器的3U尺寸PXle控制器

PXIe-5510：高精度150 ppm，18位分辨率，32通道，2 MS/s 多功能数据采集模块

PXIe-5711：高精度0.02%，32通道 16位 2 MS/s 模拟输出模块

软件

FirmDrive底层驱动：FirmDriveRuntime_V1.5.0_Linux

板卡驱动：JY5500_V4.2.1_Linux、JY5710_V1.2.0_Linux

简仪设备管理器

基于开源免费的锐视测控软件开发应用程序

为什么选择简仪

锐视测控平台：锐视测控平台使用C#语言开发，提供了一个强大且易于使用的开发环境，帮助客户快速实现项目开发。

成熟的产品：简仪产品经过长期市场验证，具有可靠的性能和稳定性。

POC验证服务：简仪提供售前的POC验证服务，帮助客户验证产品性能和适用性。

高精度：简仪的产品满足了客户对测试精度和可靠性的高要求。

成本效益：相比国外品牌，简仪的解决方案不仅性能更优，而且在成本上具有明显优势，降低了客户的整体制造成本。

供货速度：简仪能够快速供货，确保项目按时进行。

技术支持和快速响应能力：简仪提供优质的本地化技术支持，快速响应客户需求，帮助客户解决问题，确保了测试任务的顺利进行。

通过简仪提供的测试设备和解决方案，客户成功构建了实时性高、精度高的航电测试系统，不仅满足了航空座舱测试对于精确度和实时性的严格要求，而且通过我们的技术支持和软件示例，大大缩短了客户的研发周期，提升了座舱系统的测试效率和准确性。