专利名称：对多格式时基文件记录及回放的时间线随机访问的制作方法
技术领域：
本发明大体而言涉及数据的记录及回放，且具体而言涉及飞机数据的记录及回放。
背景技术：
飞机数据的记录及回放对于许多用途而言均很重要，例如对于确定飞机的运行状态或者对于确定飞机失事的原因而言。
ARINC标准用于飞机数据的采集及回放。传统的个人计算机接口卡(例如传统的ARINC 429接口卡)提供能够记录及回放航空电子设备数据的软件，其中该数据不能以随机访问的方式进行记录或回放。此导致难以实时地或在一后续时间点处查阅飞机数据。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种允许记录航空电子设备数据且以一种随机访问方式提供所述数据的回放的航空电子设备系统。
根据本发明的该至少一个方面，提供一种用于记录及回放航空电子设备数据的记录方法及系统，其包括将自复数个数据信道接收的数据存储于各自的数据文件中。所述方法及系统还包括存储时间线指针，所述时间线指针表示来自所述各自的复数个数据文件的数据是何时存储的。所述方法及系统进一步包括确定一在一图形用户接口(GUI)显示上所提供的时间线图标的一特定位置，所述时间线图标表示用户希望查阅所存储的航空电子设备数据的一时间点。所述方法及系统还进一步包括根据所述时间线图标相对于所存储的时间线指针的对应值的特定位置来回放所存储的数据。
所属领域中的技术人员根据下文详细说明及附图将易知本发明的其他特征及优点。然而，应了解，本详细说明及特定实例尽管指示本发明的较佳实施例，然而是以例示而非限定方式给出。可在不背离本发明的精神的前提下在本发明的范畴内作出诸多修改及改动，且本发明包括所有这些修改。
下文将参照附图来说明各实例性实施例，其中相同的编号绘示相同的元件，且图1是一显示一种根据本发明一实施例的数据文件结构的图式；图2是一显示根据本发明一实施例可由一用户调整的时间线指针的图式；图3是一显示一种根据本发明一实施例的数据记录过程的流程图；图4是一显示一种根据本发明一实施例的随机访问回放过程的流程图；图5是一显示一根据本发明一实施例的数据采集系统的方块图；及图6是一显示一根据本发明一实施例的数据回放系统的方块图。
具体实施例方式
在下文说明中，为便于进行解释，列举了诸多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域中的技术人员将易知，不使用这些具体细节也可实施各实例性实施例。在其他情形中，以图式形式显示结构及装置，以便有利于说明各实例性实施例。
计算机图形用户接口(GUI)时间线无处不在地用于访问视频或音频计算机文件。本发明利用一单个一致时间线引用的数据文件来访问多个非一致数据文件指针，从而允许对多个航空电子设备数据文件进行随机导航。由于这些单独的数据文件可具有任意格式或结构，因而本发明可用于提供对不同数据格式的同步化及访问。
由于不需要跟踪单独数据文件的内容，因而根据本发明的一第一实施例使用一单指针文件会提供一种对数据进行排队以便以实时或接近实时的方式或者在一后续时刻进行回放以实现分析目的的一致方法。所述第一实施例将针对与ARINC 429航空电子设备客机交通一起使用来进行说明，但所属领域中的技术人员将知，所述第一实施例可与其他类型的数据(例如视频、音频、或其他航空电子设备格式(例如AFDX，1553，1394))一起使用。
传统的航空电子设备数据记录及回放系统在回放期间使用数据文件的已知格式对数据进行语法分析。本发明的第一实施例不依赖于数据文件的特定格式，且由此其还允许对多种格式进行重新同步化和随机访问而无论文件内容如何。
现在将参照显示一目录结构的图1来说明本发明的一第一实施例。主文件夹由日期及时间来标识；例如在图1中，主文件夹对应于1999年9月26日，1700小时24分30秒。该时间可对应于开始存储来自例如一飞机的一特定飞行的数据。在所述主文件夹内是几个数据文件。一个数据文件是一主文件header.dat，其包含用于将一特定格式(例如ARINC 429格式)的数据消息转换成工程值的数据库格式信息。主文件夹还为复数个分别提供来自飞机中一特定组件的数据的信道中的每一个信道提供一文件。在图1中，存在十六(16)个数据信道，且因此在主文件夹中存在至多16个信道文件(chl.dat，ch2.dat，ch3.dat等等)。这16个信道文件中的每一个均包含其特定数据信道的一ARINC消息数据流。最后，所述主文件夹包含一时间线文件time.dat，所述时间线文件time.dat将一时基索引包含在所述信道文件内。
一无损耗SBS ARINC数据收集的基本作业是基于一中断服务程序及一SBS信道排序监控功能。SBS接口卡具有用于每一信道的至少两个顺序监控程序缓冲器。当所述SBS接口卡接收到每一消息时，该消息均与一时间标志一起放置于这两个缓冲器中的一个中。在所述第一实施例的一较佳实施方案中，每一消息均为一32位的ARINC 429消息，且每一时间标志均是一48位的时间标志。所属领域中的一般技术人员将知，可想象出不同大小的消息及时间标志，同时此仍归属于本发明的精神及范畴内。
当接收数据的缓冲器装满数据时，SBS接口卡自动地将该缓冲器中的数据与SBS接口卡的另一缓冲器交换，且根据该事件触发一服务请求动作。一主计算机服务例程监控有无此种事件，且自SBS接口卡抽取数据，并将数据写入至适当信道的数据文件(例如ch3.dat)内。
顺序监控程序缓冲器的大小形成一每条消息包括一固定数量的字的“写入块单元”。在所述第一实施例的较佳实施方案中，一写入块单元对应于每条消息五个16位的字。当然，所属领域中的一般技术人员将知，也可设想出写入块单元的其他大小，同时此仍归属于本发明的精神及范畴内。
时间对齐的消息不需要呈任何特定的标记次序，且不存在各标签将不重复或自一既定“写入块单元”中完全缺失的限制。换句话说，除了每当出现一信道中断时将以一对应于一写入块单元的数据量来更新数据文件以外，将不存在其他特殊含意。
在所述第一实施例中，来自这16个信道的数据分别保存于单独的数据文件中，以便简化数据抽取过程及在重放数据文件时减少文件开销。在一回放会话期间，仅根据用户的意图(例如用户希望仅查阅来自信道5及8的数据)打开及读取需要解码的信道。这些单独数据文件的信道独立性使许多具有相差很大的数据填充率的信道能够在单个时间索引内得到处理。数据在其被接收到时得到写入，且各自的消息时间标志允许在一共用时间线上对单独的信道进行完整的事件重构。因此，用户可能希望通过查阅在飞机的一八小时飞行的中间在特定的一小时周期期间来自信道1、8及16的数据来重构一事件，其中此可仅利用根据所述第一实施例的系统及方法来相对简单地完成。
在第一实施例的一较佳实施方案中，SBS接口卡上的顺序监控程序缓冲器大小给定为每一缓冲器的消息数量的9+8倍，其中该值可根据正在配置的特定系统而改变。该值是在对SBS 429接口卡进行初始化时被规定的。较佳对所有信道使用该缓冲器的一共用值以简化代码开销。在该过程的文件存储方面，在所述第一实施例的较佳实施方案中，数据文件中的写入块单元给定为每一缓冲器的消息数量的五倍。
时间线文件是本发明的一重要方面，其中其提供对数据集合进行随机访问的能力。在正在进行数据收集的同时，每一信道的顺序监控程序交换作业也更新该信道的文件索引，在所述第一实施例的一较佳实施方案中，所述文件索引是一64位的文件索引。在数据收集期间，通过写入这些单独信道的64位文件指针索引的整个集合来周期性地更新时间线文件。以举例方式而非限定方式，每秒执行一次周期性更新。对于每一时间线增量，在所述第一实施例的较佳实施方案中，将有十六个64位整数写入至所述时间线文件内。
为访问一数据集合的任一随机部分，利用以下步骤a)确定相对于一数据收集会话的开始的时间偏移量，b)将该偏移量除以时间线文件的周期以找到该时间线文件内的索引，c)打开所述时间线文件并寻找对应于所需偏移量的时间线文件记录，d)自所述时间线文件中读取十六个64位文件索引，e)打开所需信道文件并在该文件内寻找单独的“写入块单元”记录，及(f)自该点开始循序读取数据。
使用附加处理步骤来重构各单独信道的整个时间历史a)对于每一数据信道，均读取及存储第一条消息的时间标志，b)对所有信道时间标志按时间进行整理以找到最早的消息，c)将所述最早的消息提交给其相关联的数据处理活动，d)自该最早信道的数据文件中读取下一消息，及e)重复所述“按时间整理”过程，直至到达所有文件的末尾或一所规定的时间上限为止。
下文提供对实施本发明第一实施例的实例性文件存储要求。每一ARINC 429信道均每一消息产生十个8位的字节。一高速信道的最高数据速率是每秒100,000位，其中每一消息最少36位。因此有关的计算如下100,000位/秒*1条消息/36位＝2778条消息/秒2778条消息/秒*10个字节/消息＝27,778个字节/秒因此，一高速数据信道消耗27,778个字节/秒*3600秒/小时*1兆字节/1024*1024个字节＝95.367Mb/小时。
而一为所述高速速率的八分之一的低速信道则消耗95.367Mb/小时*12500bps/100,000bps＝11.921Mb/小时对于单个信道而言，在最高理论消息速率下，磁盘将在如下最高速率下进行填充1024Mb/Gb*小时/95.367Mb＝10.737个小时/Gb一般而言，对于“x”个低速信道及“y”个高速信道，最高理论填充速率变为1024Mb/Gb*(小时/((y*95.367)+(x*11.921)Mb)(小时/Gb)对于8个低速信道及8个高速信道，所估计的记录时间变为1024Mb/Gb*(小时/((8*95.367)+(8*11.921)Mb)，＝1.193个小时/Gb上文所提供的计算值非常保守，其中每秒2778条消息的速率算出来刚好低于每毫秒三(3)条消息，此远大于一典型的总线负载。一高速EFIS总线每50毫秒产生大约64条消息，此比理论极限值慢大约3倍。对于所述8个高速及8个低速的实例而言，在所有信道中使用该估计值会得到一每吉字节大约四(4)个小时的数据存储速率，此对于计算机磁盘驱动器的当前存储能力而言是合理的。
与数据文件存储一起，所述时间线(其在所述第一实施例的较佳实施方案中定义成容纳16个信道)将以如下速率增大16个信道*8个字节/(信道-时间增量)*(1时间-增量/X秒)*3600秒/小时＝460800个字节/X个小时其中“X”是以秒为单位的时间线的粒度。如果假定需要一(1)秒的时间线，则用于维持随机文件访问的固定开销变为460800个字节/(1)小时*1Mb/(1024*1024个字节)＝0.439Mb/小时该值与数据文件填充速率相比相对较小，且因此在存储要求计算中不是一主要因素。
设想在所述第一实施例的一种可能的实施方案中，为一用户提供一GUI显示，由此使所述用户可将一时间线光标移动至一特定的时刻，以便回放针对一飞机的一特定飞行所记录的数据。在图2中，一时间线开始位置t0对应于飞行的开始，且一时间线结束位置t1对应于飞行的结束。在该实例中，所述飞行为三小时长，其中用户可移动光标来获得在该飞行的任一特定部分期间所获得的航空电子设备信息，此类似于用户可如何使用一Real Time MediaTM播放器来回放一音频文件以回放一自因特网获得的音频音乐文件。当定位于时间线上的任一特定位置处时，将向用户提供关于在该时刻正提供数据(其正被存储于各自的信道文件中)的特定信道的信息(例如通过GUI显示上的一弹出菜单)。例如，对于对应于其中指针定位于图2中的时间瞬时，所述弹出菜单指示数据是自数据信道1、3及13接收到(或对于一实时应用程序而言正自数据信道1、3及13接收到)，且由此用户可通过GUI显示来监控来自这些信道中的一个或一个以上信道的数据。
图3是一显示根据本发明一第一实施例的随机访问记录过程的流程图。对于一根据所述第一实施例的非一致数据采样过程而言，在步骤350中，判定一数据样本是否已到达。如果为否，则所述过程返回至步骤340。如果为是，则所述过程进行至步骤360，以将所述样本写入至适当的数据文件，其中所述数据文件存储于一存储器365中。在步骤370中，更新文件指针存储装置315。在步骤380中，作出一关于对于正记录的特定样本而言数据采样是否完成的判定。如果为否(未完成)，则所述过程返回至步骤340，以等待下一数据样本。如果为是，则所述过程在步骤390中结束。
对于根据本发明第一实施例的一致时基文件指针存储而言，在步骤310中，判定是否已经过一预定时间间隔(例如1秒)。如果为否，则所述过程返回至步骤305。如果为是，则在步骤320中，自文件指针存储装置315检索样本过程文件指针。在步骤330中，根据自一存储于一数据存储装置325中的时间线文件获得的信息将多样本文件指针写入至时间线文件内。当将所有文件指针均写入至该特定间隔的时间线文件(完成＝是)时，所述过程在步骤335中结束；否则(完成＝否)，所述过程返回至步骤305。
图4是一显示一根据本发明一第一实施例的随机访问回放过程的流程图。在图4的顶部处显示一用户接口时间指针410，用户可通过一GUI屏幕(也参见图2)访问用户接口时间指针410，以便以一种随机访问方式回放一个或一个以上来自一飞行的一特定部分的特定数据文件(通过指针410在时间线415上的移动)。在步骤420中，根据时间线指针在GUI屏幕上的当前位置来读取一时间线指针。在步骤430中，根据所述时间线指针，并根据均匀间隔及数据指针大小，将一偏移量计算到所述时间线文件内。在步骤440中，根据为所述时间线文件计算的偏移量，自所述时间线文件(自其在磁盘325上的存储位置对其进行访问)检索一个或一个以上数据文件的文件指针。在步骤450中，对于每一单独的数据文件，均对这些数据文件执行一寻找(fseek)及读取数据块的过程，并传送该数据以供处理。所述数据文件是自其在存储器365中的存储位置进行访问。在步骤460中，判定时间线指针是否已移动。如果为否，则所述过程继续进行至步骤470，由此针对上一次读取作业更新文件指针，并由此继续按顺序进行至下一数据文件。如果为否，则所述过程返回至步骤420，以读取当前的时间线指针。在步骤480中，判定所述回放过程是否完成。如果为否，则所述过程返回至步骤450以读取下一数据文件，而如果为是，则所述过程在步骤490中结束。
图5是一显示一根据本发明一第二实施例的数据采集记录系统的图式。在图5中，通过ARINC 429接口卡510自飞机505的各个组件获得飞机数据。每一接口卡510均与一包含缓冲器525的数据采集及记录单元520进行通信。数据采集及记录单元520提供对来自复数个数据信道的飞机数据的随机访问存储，例如在上文中参照第一实施例所述。数据采集及记录单元520较佳实施为一驻留于一PC硬盘530上的软件应用程序。PC硬盘530还存储二进制数据文件，由此可根据时间线信息来访问每一数据文件，且由此消息及错误日志也存储于PC硬盘530上。此外，测试断点(标记)及测试日志较佳存储于PC硬盘530上。缓冲器525提供要发送至复数个数据输出端之一的数据，所述复数个数据输出端包括一用户定义的仪表540、一虚拟EFIS导航显示器550、一虚拟CDU显示器560、及一数据查看程序570。因此，用户可查阅要以一种适合于所述用户的特定格式提供的航空电子设备数据。数据查看程序570较佳为一存储于一PC硬盘580上的软件应用程序，且其中数据查看程序570允许用户以一种如上文参照第一实施例所述的时间线、随机访问方式查看数据文件。PC硬盘580还存储二进制数据文件，包括时间线数据、所选的消息、及各种ARINC格式。此外，一ACCESS(访问)数据库较佳与各种ARINC格式一同存储于PC硬盘580上。
图6是一显示一根据本发明一第三实施例的数据采集回放系统的图式。在图6中，一时间线导航单元605允许使用一点击接口(例如一计算机鼠标)来回放航空电子设备数据。时间线导航单元605较佳实施为一软件应用程序-在图6中称作“重放软件”610。通过用户在一GUI显示上移动时间线图标，可使数据暂停或倒回以适合于用户。此外，用户可同样通过将时间线图标移动至GUI显示上的一特定位置来跳至一飞机的飞行上的一特定时间点。在第三实施例的一种可能的实施方案中，可实时地或者以一更快的速率(例如2x、4x、或8x的速率)来播放数据。在图6的回放系统中包含与图5中所示相同类型的数据输出显示，由此还提供定制曲线图660(例如EXCEL曲线图)及自一数据后处理器680接收经过处理的随机访问航空电子设备数据的Matlab曲线图文件(脚本)670的能力，定制曲线图660及Matlab曲线图文件(脚本)670通过先进先出(FIFO)缓冲器620与重放软件应用程序610介接。重放软件应用程序610较佳存储于一PC硬盘630上，其中PC硬盘630还存储二进制数据文件(时间线、所有消息、错误日志)及ASCII文本文件(测试事件及测试日志)。一PC硬盘680存储一对应于数据查看程序570的软件应用程序，其中PC硬盘680还存储二进制数据文件(时间线、所选消息、ARINC格式)、一访问数据库、及ARINC格式。
可对本发明作出许多其他改动及修改形式，此并不背离本发明的精神。根据随附权利要求书，这些及其他改动的范畴将变得一目了然。例如，关于本发明各实施例所述的各要素可实施于在一通用计算机上运行的软件中或者由一专用计算机、及/或由应用专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)、或其一组合来实施。
权利要求
1.一种用于记录及回放航空电子设备数据的随机访问记录方法，其包括a)将自复数个数据信道接收的数据存储于各自的数据文件中；b)存储时间线指针，所述时间线指针表示来自所述各自的复数个数据文件的所述数据是何时存储的；c)确定在一图形用户接口(GUI)显示上提供的一时间线图标的一特定位置，所述时间线图标表示一用户希望查阅在步骤a)中所存储的航空电子设备数据的一时间点；及d)根据所述时间线图标相对于步骤b)中所存储的所述时间线指针的对应值的所述特定位置来回放所存储的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中根据ARINC 429标准提供所述数据。
3.如权利要求1所述的方法，其进一步包括在步骤c)之前，自所述用户接收在所述GUI显示上的所述时间线图标的一移动的输入。
4.如权利要求1所述的方法，其中步骤a)进一步包括a1)自复数个数据信道输入数据；及a2)将来自所述复数个数据信道的所述各自的数据存储于各自的数据文件中。
5.如权利要求4所述的方法，其中将所述各自的数据文件存储于一文件夹中，所述文件夹包含用于访问所述文件夹的日期及时间信息。
6.如权利要求4所述的方法，其中步骤b)包括b1)将所述时间线指针存储于一时间线指针文件中，其中将所述各自的数据文件及所述时间线指针文件存储于一文件夹中，所述文件夹包含用于访问所述文件夹的日期及时间信息。
7.如权利要求6所述的方法，其中步骤d)包括d1)确定一距一数据收集会话的一开始的时间偏移量；d2)将所述时间偏移量除以一时间线偏移量文件周期以找到一存储于一存储器中的时间线文件的一索引；及d3)打开所述时间线文件并查找一对应于所述时间偏移量的时间线记录；及d4)根据所述时间线记录自所述时间线文件中读取各自的时间标志索引；及d5)打开每一各自的信道文件并查找存储于其中的数据块；及d6)自一对应于所述时间标志索引的时间点开始，自每一具有数据的各自信道文件中循序读出数据。
8.如权利要求1所述的方法，其中步骤a)包括a1)自复数个数据信道中的至少一个数据信道接收一数据样本；a2)将所述数据样本写入至一存储于一文件夹中的对应数据文件；a3)更新一存储于所述文件夹中的文件指针文件中的一文件指针，所述文件指针指示接收到所述对应数据样本的一时间点。
9.一种用于记录及回放航空电子设备数据的系统，其包括一存储单元，其经配置以将自复数个数据信道接收的数据存储于各自的数据文件中，所述存储单元还经配置以存储时间线指针，所述时间线指针表示来自所述各自的复数个数据文件的所述数据是何时存储的；一确定单元，其经配置以确定在一图形用户接口(GUI)显示上提供的一时间线图标的一特定位置，所述时间线图标表示一用户希望查阅在所述存储单元中所存储的航空电子设备数据的一时间点；及一回放单元，其经配置以根据所述时间线图标相对于所述存储单元中存储的所述时间线指针的对应值的所述特定位置来回放所存储的数据。
10.如权利要求9所述的系统，其中根据ARINC 429标准提供所述数据。
11.如权利要求9所述的系统，其进一步包括一输入单元，其经配置以输入代表所述用户在所述GUI显示上对所述时间线图标的一移动的数据。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述存储单元经配置以自复数个数据信道接收数据，及其中所述存储单元经配置以将来自所述复数个数据信道的所述各自的数据存储于各自的数据文件中。
13.如权利要求12所述的系统，其进一步包括一包含至少一个文件夹的文件目录，其中所述各自的数据文件存储于所述至少一个文件夹中，所述至少一个文件夹包含用于访问所述文件夹的日期及时间信息。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述文件目录进一步包括一时间线指针文件，其经配置以存储所述时间线指针，其中所述各自的数据文件及所述时间线指针文件存储于所述至少一个文件夹中。
15.一种计算机可读存储器，其具有一实施一记录及回放航空电子设备数据的能力的数据结构，所述计算机可读存储器包括用于将自复数个数据信道接收的数据存储于各自的数据文件中的构件；用于存储时间线指针的构件，所述时间线指针表示来自所述各自的复数个数据文件的所述数据是何时存储的；用于确定在一图形用户接口(GUI)显示上提供的一时间线图标的一特定位置的构件，所述时间线图标表示一用户希望查阅由所述数据存储构件存储的航空电子设备数据的一时间点；及用于根据所述时间线图标相对于所述时间线指针存储构件所存储的所述时间线指针的对应值的所述特定位置来回放所存储的数据的构件。
16.如权利要求15所述的计算机可读存储器，其中根据ARINC 429标准提供所述数据。
17.如权利要求15所述的计算机可读存储器，其进一步包括用于自所述用户接收在所述GUI显示上的所述时间线图标的一移动的输入的构件。
18.如权利要求15所述的计算机可读存储器，其中所述数据存储构件进一步包括用于自复数个数据信道输入数据的构件；及用于将来自所述复数个数据信道的所述各自的数据存储于各自的数据文件中的构件。
19.如权利要求18所述的计算机可读存储器，其中所述各自的数据文件存储于一文件夹中，所述文件夹包括用于访问所述文件夹的日期及时间信息。
20.如权利要求18所述的计算机可读存储器，其中所述时间线指针存储构件包括用于将所述时间线指针存储于一时间线指针文件中的构件，其中所述各自的数据文件及所述时间线指针文件存储于一文件夹中，所述文件夹包含用于访问所述文件夹的日期及时间信息。
全文摘要
本发明揭示一种用于记录及回放航空电子设备数据的随机访问记录方法及系统，其包括将自复数个数据信道接收的数据存储于各自的数据文件中。所述方法及系统还包括存储时间线指针，所述时间线指针表示来自所述各自的复数个数据文件的数据是何时存储的。所述方法及系统进一步包括确定一在一图形用户接口(GUI)显示上所提供的时间线图标的一特定位置，所述时间线图标表示用户希望查阅所存储的航空电子设备数据的一时间点。所述方法及系统还进一步包括根据所述时间线图标相对于所存储的时间线指针的对应值的特定位置来回放所存储的数据。
文档编号G11B17/22GK101044513SQ200580025745
公开日2007年9月26日 申请日期2005年5月31日 优先权日2004年6月1日
发明者斯蒂芬·达布罗夫斯基 申请人:史密斯航空航天有限责任公司