一种基于ARINC659总线的中央维护装置与方法技术领域
本发明属于嵌入式计算机的软件维护技术，具体涉及一种基于ARINC659总线的中
央维护装置与方法。
背景技术
嵌入式安全关键计算机系统，往往在一个机箱内使用多个处理器板。每个处理器
板或者完成不同的功能以组合实现系统功能，或者使用完全同样功能的处理器板并联组成
余度系统以满足安全关键系统的安全性要求。不论哪种方式，都需要机箱内的处理器板之
间能够通过某种方式完成彼此之间信息的通讯。
ARINC 659背板数据总线(以后简称：ARINC 659总线)是基于时间触发架构的双-
双余度配置的容错串行总线，其按照时间规划表定义背板总线上每一个节点的总线发送时
间，并规定发送节点的两个BIU只有在同周期发送同样数据的情况下，才能将数据传送到目
标节点，因此ARINC 659背板数据总线可以用作航空、航天、高铁等安全关键领域的机箱内
背板总线，为一个计算机系统的多个处理器节点之间，提供确定可靠的节点间通讯。
对于使用ARINC659背板总线的计算机系统，其各处理器节点软件、逻辑的监控、维
护升级，一般使用的是个处理器板通过串行接口或者网路接口与上位工控机连接，各计算
机独立进行升级的方式来完成。这种方式需要每个处理器板与上位工控机均形成连接，需
要完成的物理拓扑连接复杂，且即使各处理器节点需要维护同样的软件、逻辑目标码，也只
能各节点依次顺序完成，效率较差。相比之下，一种使用ARINC659总线的中央维护装置与方
法，可以极大程度的利用机箱内已有的背板总线资源，以非常简单的连接方式，完成计算机
系统内所有处理器节点的监控与维护。
发明内容
本发明的目的是：对于使用ARINC659背板总线的计算机系统，充分利用其
ARINC659背板总线的性能，利用简单的物理交联关系，实现计算机系统内所有处理器节点
软件、逻辑的监控、维护功能。
本发明的技术方案：
提供一种基于ARINC659总线的中央维护装置，其特征在于，包括：ARINC659总线、
被维护节点模块、中央维护节点模块、上位工控模块、外部通讯总线；
所述的被维护节点模块为基于ARINC659总线计算机系统中的节点模块，所述节点
模块用来处理维护命令信息，并在收到维护命令信息后会向中央维护节点模块发送响应信
号；
所述的中央维护节点模块，为挂在ARINC659总线上的处理器节点，该处理器节点
能够在通过外部通讯总线接收到上位工控模块的维护服务命令后向挂在ARINC659总线上
的被维护节点模块转发维护命令信息，并接收被维护的节点模块的响应信号再转发给上位
工控模块；
所述的上位工控模块，通过外部通讯总线向中央维护节点模块发送维护命令信
息，并监控各节点模块的状态，显示维护结果；
所述的ARINC659总线，为让中央维护节点模块和各被维护节点模块可以互相收发
数据的背板总线；
所述的外部通讯总线用于实现中央维护节点模块与上位工控模块之间的数据交
互。
进一步的，所述的上位工控模块的内部包括主通讯包解析封装模块和维护服务命
令模块，维护服务命令模块的维护服务命令信息由主通讯包解析封装模块进行通讯包封
装，并发往中央维护节点模块，再由主通讯包解析封装模块将中央维护节点模块返回的通
讯包进行解包处理，转发给维护服务命令模块来显示结果；
每一个所述的需要被维护节点模块内部都包括从通讯包解析封装模块和维护服
务处理模块；从通讯包解析封装模块在收到包数据后判断该数据包是否为针对自身节点的
有效数据包，如果是，则将数据包转发给服务处理模块进行处理，服务处理模块处理后返回
数据给从通讯包解析封装模块，再由从通讯包解析封装模块来完成数据通讯包的包格式封
装，服务处理模块则用来处理维护命令；如果否，则丢弃数据包。
进一步的，所述被维护节点模块内部的服务处理模块是可扩展的，即服务处理模
块通过与通讯包解析封装模块的标准接口进行扩展，而不需考虑实际的外部总线通讯方
式。
进一步的，所述中央维护节点模块能够向多个节点模块同时转发维护命令信息。
进一步的，所使用的外部通讯总线，是能够在多种标准总线间自适应切换的。
进一步的，所述中央维护节点模块能够转发维护命令信息，同时完成中央维护节
点自身的维护功能。
提供一种基于ARINC659总线的中央维护方法，其特征在于，包括步骤：
步骤一、当需要对节点模块进行维护功能时，上位工控模块通过外部总线，向中央
维护节点模块发送维护服务命令；
步骤二、根据维护服务命令，中央维护节点模块确定需要进行维护的节点模块，中
央维护节点模块将维护服务命令通过ARINC659总线转发到确定过的节点模块；
步骤三、节点模块收到维护服务命令后进行相应的维护功能处理，并通过
ARINC659总线向中央维护节点给出响应；中央维护节点收到被维护的节点模块的响应后，
通过外部总线通知上位工控模块；上位工控模块根据得到的维护服务响应，进行维护服务
执行的结果显示。
进一步的，步骤三中，节点模块收到维护服务命令后进行相应的维护功能处理，维
护功能处理完成后通过ARINC659总线向中央维护节点给出响应。
进一步的，步骤一中，上位工控模块向中央维护节点模块发送维护服务命令为多
个需要被维护的节点模块的同一项维护服务命令。
进一步的，在步骤三中，等待各节点模块均给出维护服务响应后，在上位工控模块
中进行维护服务执行的结果显示。
进一步的，步骤一中，当上位工控模块向中央维护节点模块发送维护服务命令后，
若超过一定时间上位工控模块未收到维护服务响应，则上位工控模块直接显示维护超时。
进一步的，步骤一中，当上位工控模块向中央维护节点模块发送维护服务命令后，
若超过一定时间仍存在未返回维护服务响应，则将未返回维护服务响应的节点确定为故
障。
进一步的，当上位工控模块和护节点模块收到无效的数据包后，会要求发送方进
行数据重发，若该数据包的重发数量超过一个阀值，则确定为发送失败。
通过本发明中的方法与装置，用户可以通过单条总线物理拓扑连接，并行地完成
对多个被维护系统的软件、逻辑的维护，极大的提升了对被维护系统的功能升级效率，此
外，此方法可以很容易的进行服务功能的扩展，让通讯链路的功能得到最大程度的复用。
附图说明
图1为一种基于ARINC659总线中央维护装置的模块组成图是；
图2一种基于ARINC659总线中央维护方法的基本流程图；
图3是基于ARINC659总线中央维护方法完成一次软件烧写的流程示意图；
图4是上位工控模块的内部模块组成图；
图5是被维护节点模块的内部模块组成图；
具体实施方式
结合附图，以一个实例详细描述技术方案如下：
如图1所示，提供一种基于ARINC659总线的中央维护装置，其特征在于，包括：
ARINC659总线、被维护节点模块、中央维护节点模块、上位工控模块、外部通讯总线；
所述的被维护节点模块为基于ARINC659总线计算机系统中的节点模块，所述节点
模块用来处理维护命令信息，并在收到维护命令信息后会向中央维护节点模块发送响应信
号；
所述的中央维护节点模块，为挂在ARINC659总线上的处理器节点，该处理器节点
既能够通过总线向外交联，也能够在收到上位工控模块的维护服务命令后向挂在ARINC659
总线上的被维护节点模块转发维护命令信息，并接收被维护的节点模块的响应信号再转发
给上位工控模块；
所述的上位工控模块，用来向中央维护节点模块发送维护命令信息，并监控各节
点模块的状态，显示维护结果；
所述的ARINC659总线，为让中央维护节点模块和各被维护节点模块可以互相收发
数据的背板总线；
所述的外部通讯总线，为让中央维护节点模块和上位工控模块之间可以互相收发
数据的任意一种标准通讯总线。
进一步的，所述的上位工控模块的内部包括主通讯包解析封装模块和维护服务命
令模块，维护服务命令模块的维护服务命令信息由主通讯包解析封装模块进行通讯包封
装，并发往中央维护节点模块，再由主通讯包解析封装模块将中央维护节点模块返回的通
讯包进行解包处理，转发给维护服务命令模块来显示结果；
每一个所述的需要被维护节点模块内部都包括从通讯包解析封装模块和维护服
务处理模块；从通讯包解析封装模块在收到包数据后判断该数据包是否为针对自身节点的
有效数据包，如果是，则将数据包转发给服务处理模块进行处理，服务处理模块处理后返回
数据给从通讯包解析封装模块，再由从通讯包解析封装模块来完成数据通讯包的包格式封
装，服务处理模块则用来处理维护命令；如果否，则丢弃数据包。
进一步的，所述被维护节点模块内部的服务处理模块是可扩展的，即服务处理模
块通过与通讯包解析封装模块的标准接口进行扩展，而不需考虑实际的外部总线通讯方
式。
进一步的，所述中央维护节点模块能够向多个节点模块同时转发维护命令信息。
进一步的，所述中央维护节点模块能够转发维护命令信息，同时完成中央维护节
点自身的维护功能。
如图2所示，提供一种基于ARINC659总线的中央维护方法，其特征在于，包括步骤：
步骤一、当需要对节点模块进行维护功能时，上位工控模块通过外部总线，向中央
维护节点模块发送维护服务命令；
步骤二、根据维护服务命令，中央维护节点模块确定需要进行维护的节点模块，中
央维护节点模块将维护服务命令通过ARINC659总线转发到确定过的节点模块；
步骤三、节点模块收到维护服务命令后进行相应的维护功能处理，并通过
ARINC659总线向中央维护节点给出响应；中央维护节点收到被维护的节点模块的响应后，
通过外部总线通知上位工控模块；上位工控模块根据得到的维护服务响应，进行维护服务
执行的结果显示。
进一步的，步骤三中，节点模块收到维护服务命令后进行相应的维护功能处理，维
护功能处理完成后通过ARINC659总线向中央维护节点给出响应。
进一步的，步骤一中，上位工控模块向中央维护节点模块发送维护服务命令为多
个需要被维护的节点模块的同一项维护服务命令。
进一步的，在步骤三中，等待各节点模块均给出维护服务响应后，在上位工控模块
中进行维护服务执行的结果显示。
进一步的，步骤一中，当上位工控模块向中央维护节点模块发送维护服务命令后，
若超过一定时间上位工控模块未收到维护服务响应，则上位工控模块直接显示维护超时。
进一步的，步骤一中，当上位工控模块向中央维护节点模块发送维护服务命令后，
若超过一定时间仍存在未返回维护服务响应，则将未返回维护服务响应的节点确定为故
障。
进一步的，当上位工控模块和护节点模块收到无效的数据包后，会要求发送方进
行数据重发，若该数据包的重发数量超过一个阀值，则确定为发送失败。
一种使用本装置和方法的场景如下：对于一个基于ARINC659背板总线的机柜系
统，要求能够对机柜中的多个余度的主控制处理器板、辅助解算处理器板、多通道总线接口
处理器板进行软件、配置参数、FPGA逻辑的维护升级；能够回读维护升级的结果，读取各被
维护计算机的内部故障记录；后续需要添加对各被维护处理器运行状态的监控、调试功能。
使用基于ARINC659总线的中央维护方法，将机柜中被维护计算机中，选取一个具
备外部总线的处理器节点作为专用的中央维护节点，该外部总线可以为常见的RS422串行
总线、网络总线、USB总线接口，也可以是工控领域专用的总线如CAN总线、SPI总线等。
选取一个同样具备该类型外部总线接口的上位机，作为上位工控模块，该模块具
备与用户交互的图形界面，让用可户选择所需服务类型和服务对象，并对维护的内容进行
回读比较，向用户回显服务的执行结果。
以上位工控模块与中央维护模块通过RS422串行总线实现连接，并需要进行一次
四余度的主控制计算机的软件程序升级为例，如图3所示，其基本过程如下：
首先，用户在上位工控模块中选择需要维护的目标为所有四个余度的主控制计算
机软件，并选择需要烧写下去的目标码，之后选择启动烧写服务。此时上位工控模块将开始
通过RS422总线向中央维护模块发送面向四个主控制处理器的烧写命令，并开始等待中央
维护模块的回应。
中央维护模块周期性的等待串行总线中发过来的命令。在收到串口发送过来的烧
写命令后，检查到该烧写命令面向的目标是针对四个余度的主控制处理器，则将该烧写命
令放置到发往四个主控制处理器的ARINC659总线时间窗口中，并启动发送。
各主控制处理器模块中在收到烧写命令后，给出烧写命令回应，通过ARINC659总
线发送给中央维护模块。
中央维护模块同样周期性的查询等待各被维护模块发送过来的回应信息。在收到
回应后，中央维护模块通过RS422总线发送给上位工控模块。
上位工控模块在等待时间超时之前，若收到中央维护模块转发的所有主控制处理
器回应，则设置通讯数据，通过RS422总线向所有主控制处理器发送烧写文件；若某个主控
制处理器在上位工控模块等待时间门限超过了之后还没能向上位工控模块给出回应，在上
位工控模块将不再向此主控制处理器发送数据。
中央维护模块收到上位工控模块发过来的烧写文件后，通过ARINC659总线向各主
控制处理器转发烧写文件。
主控制处理器收到烧写文件，完成烧写后，将烧写的结果通过ARINC659返回给中
央维护模块。
中央维护模块将各主控制处理器的烧写结果通过RS422总线转发给上位工控模
块，最终由上位工控模块显示烧写结果。
本发明中的方法和装置同样考虑了对于维护服务的可扩展性，在上位工控模块、
中央维护模块和被维护模块的功能划分和内部功能分解上，有一定的约束。
在中央维护模块内部，其仅完成来自上位工控模块向被维护模块数据的通讯转
发，以及来自被维护模块向上位工控模块数据的通讯转发，因此，若服务类型增加，中央维
护模块不需要进行任何升级。
在上位工控模块，将具体的服务管理功能，和通讯数据管理功能分离，形成维护的
服务命令模块，以及主通讯包解析封装模块，如图4所示。主通讯包解析封装模块在收到一
包数据回应时，判断是否收到有效数据包，得到有效的回应信息转交给适当的服务命令模
块，在服务命令模块需要发送数据时，由主通讯包解析封装模块来完成数据通讯包的包格
式封装，服务命令模块则用来发送具体的某一类维护命令。
在被维护模块中，同样将具体的服务管理功能，和通讯数据管理功能分离，形成维
护服务处理模块，以及从通讯包解析封装模块，如图5所示。从通讯包解析封装模块在收到
一包数据时，判断是否收到针对本节点的有效数据包，得到有效的数据信息转交给适当的
服务处理模块，在服务处理模块需要返回数据时，由从通讯包解析封装模块来完成数据通
讯包的包格式封装，服务处理模块则用来处理具体的某一类维护命令。
上例的机柜系统中，在已经实现对被维护处理器软件烧写服务的中央维护方法之
后，需要增加对被维护处理器的软件运行调试功能，则可以遵循以下过程：
在上位工控模块中，增加相应的服务命令模块，以及相应的操作界面，之后按照一
定的接口形式向上位工控模块的主通讯包解析封装模块传输服务命令，并获取被维护模块
的服务回应。
在被维护模块中，也增加相应的服务处理模块，之后按照一定的接口形式由从通
讯包解析封装模块中获取传输服务命令，并将处理的结果传给从通讯包解析封装模块进行
发送。
在这种架构下，服务命令和服务处理模块仅仅和主从通讯解析封装模块进行交
互，不需要实际考虑真实的传输介质和中央维护模块的转发手段，具备非常良好的可移植
性。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范
围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。