Brevet FR2771236A1 — publié le 19990521

CENTRALE DE MESURE La présente invention concerne les centrales de mesure permettant l'acquisition de données circulant sur des bus de communication internes à un système électronique de contrôle de processus industriel pour permettre, par une étude de ces données, une mise au point du fonctionnement du système. Les systèmes électroniques de contrôle de processus industriel font, la plupart du temps, appel à des transmissions de données entre leurs différents éléments utilisant des bus internes de communication respectant diverses normes telles que Arinc 429, Arinc 629, etc. pour les systèmes embarqués à bord d'aéronefs. Leur mise au point nécessite souvent des essais pratiques au cours desquels les comportements, en situation, de leurs différents éléments sont analysés le plus finement possible à partir des données qu'ils s'échangent sur leurs bus internes de communication. Pour mener à bien de tels essais nécessaires à la finalisation de certains points de définition du fonctionnement d'un système électronique de contrôle de processus industriel et obtenir des éléments factuels servant de base à une certification par des autorités officielles, il faut donc pouvoir acquérir et rassembler un nombre élevé de données sur une durée variable généralement longue devant les constantes de temps des asservissements du système considéré. Pour cette acquisition et concentration de données, on recherche une instrumentation réutilisable d'un système électronique de contrôle de processus industriel à un autre mais on se heurte à la grande disparité des configurations des bus internes de communication des systèmes électroniques de contrôle de processus industriel, et des données recherchées au cours de chaque expérimentation ou campagne de mesure. La présente invention a pour but une centrale de mesure pour l'acquisition et la concentration de données circulant sur des bus de communication internes à un système électronique de contrôle de processus industriel, qui soit modulable et facilement adaptable, par un ingénieur d'essai, aux diverses configurations de bus internes de communication rencontrées habituellement dans les systèmes électroniques de contrôle de processus industriel et aux diverses données recherchées. Elle a également pour but une centrale de mesure ayant un faible poids, un faible encombrement et un faible coût. Elle a pour objet une centrale de mesure pour acquérir et rassembler des données circulant sur des bus de communication qui sont internes à un système électronique de contrôle de processus industriel et qui respectent différentes normes de transmission. Cette centrale de mesure comporte - des modules numériques de gestion de protocole de bus de communication à base d'automates programmables capables chacun avec une programmation adéquate, de gérer un protocole de transmission correspondant à une norme de transmission quelconque, choisie parmi un groupe arbitraire de normes de transmission sélectionnées au préalable, soit pour extraire des données particulières du signal qui circule dans un bus de communication respectant la norme de transmission choisie, le signal étant mis au préalable sous forme binaire, soit pour configurer des données selon le protocole correspondant à la norme de transmission choisie en vue de les émettre en sortie de la centrale de mesure sur un ou plusieurs bus de communication menant à un dispositif d'enregistrement et/ou de traitement de données, cela après avoir mis lesdites données sous une forme analogique compatible avec la norme de transmission choisie, lesdits modules numériques de gestion de protocole étant équipés d'un bus d'entrée-sortie sur lequel ils reçoivent ou émettent des données en provenance ou à destination d'un bus de communication normalisé et d'un port d'entrée-sortie sur lequel ils délivrent ou reçoivent des données à destination ou en provenance de leur bus d'entrée-sortie, - des circuits de spécialisation, un par module numérique de gestion de protocole, embrochables sur les modules numériques de gestion de protocole, spécialisés chacun en fonction d'une norme particulière de transmission choisie parmi le groupe de normes de transmission et pourvus chacun de moyens de mise en forme analogique-numérique ou numérique-analogique respectant la couche physique de la norme de transmission choisie et d'un moyen d'identification de la norme de transmission qui est mise en oeuvre et pour laquelle il a été préalablement configuré, chaque circuit de spécialisation s'intercalant devant le bus d'entrée-sortie du module numérique de gestion de protocole sur lequel il est embroché, assurant le traitement de la couche physique de la norme de communication à laquelle il est dédié et communiquant l'identification de ladite norme au module numérique de gestion de protocole sur lequel il est embroché - une unité centrale gérant les programmations des différents modules numériques de gestion de protocole en fonction des identifications de norme de transmission communiquées par les circuits de spécialisation embrochés sur les modules numériques de gestion de protocole et des types de données recherchées, et assurant la redirection des données entre les ports d'entrée-sortie des modules numériques de gestion de protocole, - un circuit d'interfaçage des modules numériques de gestion de protocole avec l'unité centrale permettant de faire communiquer les modules numériques de gestion de protocole par leur port d'entrée-sortie avec l'unité centrale, et - un terminal amovible permettant de dialoguer avec l'unité centrale. Avantageusement, les modules numériques de gestion de protocole, le circuit d'interfaçage et l'unité centrale sont rassemblés dans une baie de mesure présentant extérieurement des ouvertures permettant d'enficher les circuits de spécialisation dans les modules numériques de gestion de protocole, un banc de connecteurs standards permettant de raccorder les bus d'entrée-sortie des modules numériques de gestion de protocole, interfacés par les circuits de spécialisation, à des bus de communication d'un système électronique de gestion de processus industriel et à des bus de communication d'un dispositif d'enregistrement et/ou de traitement de données, ainsi qu'un connecteur permettant de raccorder le terminal amovible à l'unité centrale. Eventuellement, afin de conserver la modularité d'une baie de mesure, un circuit de spécialisation peut être équipé d'un connecteur particulier pour sa liaison avec un bus de communication externe lorsque cette liaison est spécifique et ne peut passer par le banc de connecteurs standards. Grâce à son architecture modulaire, la centrale de mesure est facilement reconfigurable entre chaque expérimentation puisqu'il suffit d'échanger les circuits de spécialisation embrochés sur les modules numériques de gestion de protocole et d'introduire dans l'unité centrale au moyen du terminal amovible, des paramètres relatifs aux types des données recherchées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel la figure unique représente un schéma synoptique d'une centrale de mesure selon l'invention. La centrale de mesure représentée comporte plusieurs modules numériques 1 de gestion de protocole de bus de communication qui sont personnalisés par des kits 2 ou circuits de spécialisation embrochables et qui dialoguent par l'intermédiaire d'un circuit d'interface 3 avec une unité centrale 4 accessible par un terminal amovible 5. Les modules numériques 1 de gestion de protocole sont disposés à demeure tout en étant extractibles, avec le circuit d'interface 3 et l'unité centrale 4 dans une baie de mesure 60. La possibilité d'extraction des modules numériques 1 en dehors de la baie de mesure 60 permet à un ingénieur d'essai d'optimiser les ressources en modules numériques 1 entre plusieurs baies de mesure. Une baie de mesure 60 peut présenter des ouvertures au niveau des modules numériques 1 pour permettre l'embrochage des circuits de spécialisation 2. Elle est équipée d'un banc de connecteurs 6 standards pour bus de communication et d'un connecteur 7 pour le branchement du terminal 5. Pour adapter une centrale de mesure 60 aux caractéristiques d'un système électronique de contrôle de processus industriel sous test et d'une campagne de mesure en cours, I'utilisateur n'intervient que par le choix et le positionnement des circuits de spécialisation 2 sur les modules numériques 1 et par programmation par l'intermédiaire du terminal 5. Chaque module numérique de gestion de protocole 2 est constitué d'un automate logique 10 à base de circuits de type FPLA (Field Programmable Logique Array en langage anglo-saxon) du genre reprogrammable, avantageusement réalisés dans une technologie SRAM (Static Random Access Memory en langage anglo-saxon), de manière à pouvoir être reprogrammés par le biais de l'unité centrale 4. Cet automate logique 10 est configuré à la demande pour gérer l'un quelconque des protocoles de communication utilisés sur les bus de communication à espionner ou sur les bus de communication par lesquels les données recueillies sont adressées à des moyens d'enregistrement et de stockage, cela dans le sens entrant ou sortant, en fonction du besoin. Un protocole de communication consiste dans la définition du motif numérique utilisé pour la transmission d'une donnée. La gestion d'un protocole de communication dans le sens entrant consiste donc, après avoir mis un signal reçu sous forme numérique, à isoler, dans le signal reçu, des motifs, ce qui suppose la récupération de l'horloge du bus de communication, et à extraire les données de ces motifs. La gestion d'un protocole de communication dans le sens sortant consiste à construire les motifs numériques à transmettre puis à les émettre à la suite à la cadence du bus. Toutes ces opérations de gestion de protocole aussi bien dans le sens entrant que dans le sens sortant peuvent être réalisées à l'aide d'un automate logique convenablement programmé. Dans la centrale de mesure on prévoit, pour chaque module numérique de gestion de protocole, différents programmes adaptés à chaque fois au type de protocole de communication désiré et au sens entrant ou sortant des données, le choix des programmes étant guidé par la nature du circuit de spécialisation 2 utilisé pour personnaliser le module numérique de gestion de protocole considéré 1. En plus de la gestion de protocole, L'automate logique 10 peut être également utilisé pour faire du tri de données, cela notamment dans le cas fréquent où le protocole de présentation des données dans le signal transmis fait usage d'étiquettes pour spécifier des types de données. Un automate logique 10 communique, d'une part, par un bus d'entrée-sortie 11 et un port de caractérisation 12, avec le circuit de spécialisation 2 dont est équipé son module de gestion de protocole 1, et d'autre part, par un port d'entrée-sortie 13 avec le circuit d'interface 3. Le circuit de spécialisation 2 équipant, de manière amovible, un module de gestion de protocole 1 s'intercale entre le bus d'entréesortie 11 de l'automate numérique 10 du module de gestion de protocole 1 et le bus de communication auquel est affecté le module de gestion de protocole 1. II s'occupe de la couche physique de ce bus de communication, que ce bus de communication soit un bus de communication interne à un système électronique de contrôle de processus industriel à espionner ou un bus de communication par lequel les données acquises sont envoyées à un dispositif d'enregistrement et/ou de traitement. II se présente sous différentes versions spécialisées en fonction de la nature précise de la tâche à accomplir : traitement des données en entrée d'un module de gestion de protocole 1, c'est-à-dire adaptation d'entrée aux caractéristiques électriques du bus espionner, démodulation et mise sous forme numérique des signaux circulant dans le bus à espionner, traitement des données en sortie d'un module de gestion de protocole 1, c'est-à-dire mise sous forme analogique des signaux numériques provenant du bus d'entrée-sortie 11 de l'automate 10, modulation éventuelle et adaptation de sortie aux caractéristiques électriques du bus utilisé pour envoyer des données au dispositif d'enregistrement et/ou de traitement. Chaque circuit de spécialisation 2, est identifié par son type qui est par exemple stocké en mémoire morte et communiqué à l'automate numérique du module numérique de gestion de protocole 1 sur lequel il est embroché par l'intermédiaire de son port de caractérisation 12. Le circuit d'interface 3 permet des accès partagés de l'unité centrale 4 aux ports d'entrée-sortie 13 des automates numériques 10 des différents modules numériques de gestion de protocole 1. Pour ce faire, il comporte une mémoire FIFO (premier entré premier sorti) qui est affectée aux données entrantes et qui reçoit les données disponibles sur tous les ports d'entrée-sortie 13 des modules numériques affectés à de l'espionnage de bus, I'un des modules numériques 1 étant configuré pour recevoir ou produire des données de type "date" destinées à encadrer les autres données. Cela permet une grande précision de datation des données collectées. L'unité centrale 4 assure d'une part, la programmation des automates numériques 10 des différents modules numériques de gestion de protocole 1 en conformité avec les types de circuits de spécialisation 2 qui les équipent, et d'autre part, la concentration des données extraites par les différents modules numériques de gestion de protocole i dédiés à l'espionnage de bus de communication internes d'un système électronique de contrôle de processus industriel, en direction d'un ou plusieurs modules numériques de gestion de protocole 1 dédiés à la gestion d'un ou plusieurs bus de communication menant à un dispositif d'enregistrement et/ou de traitement. Le terminal amovible 5 permet, avec le choix des types de circuits de spécialisation 2 embrochés sur les modules numériques de gestion de protocole 1, de configurer la centrale de mesure pour l'adapter aux particularités des bus internes de communication du système électronique de contrôle de processus industriel à observer. L'analyse fonctionnelle d'un système électronique de contrôle de processus industriel se met en oeuvre en trois étapes - une étape d'acquisition de données qui nécessite un interfaçage physique avec les bus internes de communication du système et une extraction des données utiles, - une étape de concentration qui consiste en un rassemblement des données utiles en vue d'un enregistrement avant traitement, et - une étape d'enregistrement. La centrale de mesure qui vient d'être décrite permet de réaliser les deux premières étapes d'acquisition et de concentration une fois qu'elle a été configurée pour tenir compte des caractéristiques du système et des objectifs de la campagne d'essais. Cette configuration est ici relativement simple. Elle consiste, lors d'une phase préparatoire aux mesures, à - associer à chaque bus de communication à espionner, interne au système sous test et à chaque bus de communication utilisé pour se raccorder à un dispositif d'enregistrement et/ou de traitement un module numérique de gestion de protocole particulier, - équiper chaque module numérique de gestion de protocole associé à un bus de communication avec le type de circuit de spécialisation 2 qui convient, ce type dépendant de la norme mise en oeuvre par le bus de communication associé et du sens entrant ou sortant des données sur ce bus de communication, - connecter les différents bus de la baie de mesure aux bus de communication internes du système électronique de contrôle de processus sous test et aux bus de communication menant au dispositif d'enregistrement et/ou de traitement, - connecter le terminal, - utiliser le terminal pour lancer un logiciel de test de configuration qui assure une préprogrammation des automates des modules numériques de gestion de protocole compatible avec les appariements effectués entre modules numériques de gestion de protocole et circuits de spécialisation et qui vérifie la cohérence de la configuration effectuée lors des appariements des modules numériques de gestion de protocole et des circuits de spécialisation et lors des connexions externes de la baie de mesure avec les signaux réellement disponibles aux bornes des modules numériques de gestion de protocole, - utiliser le terminal pour lancer un logiciel de programmation qui réclame des paramètres de conduite d'essai portant sur la sélection des données à acquérir et sur la concentration de ces données pour le dispositif d'enregistrement et/ou de traitement, qui complète les programmations des automates des modules numériques de gestion de protocole pour qu'ils ne sélectionnent que les données utiles et qui définit un programme de mesure pour l'unité centrale, afin qu'elle supervise la concentration des données à acquérir dans le ou les bus de communication menant au dispositif d'enregistrement et/ou de traitement, et - déconnecter le terminal pour rendre la centrale de mesure autonome, et Pour les mesures proprement dites, il suffit, après avoir exécuté avec succès les phases préparatoires à la mesure, de lancer le programme de mesure pour que la centrale de mesure exécute le programme de mesure spécifié et transmette les données recueillies au dispositif d'enregistrement et/ou de traitement. La centrale de mesure qui vient d'être décrite s'applique avantageusement aux tests de fonctionnement des systèmes électroniques de contrôle de processus industriels utilisés à bord de véhicules. Dans ce cas, les données qu'elle recueille peuvent être soit enregistrées ou traitées à bord, soit transmises au sol par un moyen de télémesure pour être enregistrées ou bien traitées dans une station de télémesure au sol. REVENDICATIONS 1. Centrale de mesure pour acquérir et rassembler des données circulant sur des bus de communication qui sont internes à un système électronique de contrôle de processus industriel et qui respectent différentes normes de transmission, caractérisée en ce qu'elle comporte - des modules numériques (1) de gestion de protocole de bus de communication à base d'automates programmables (10) capables, chacun avec une programmation adéquate, de gérer un protocole de transmission correspondant à une norme de transmission quelconque choisie parmi un groupe arbitraire de normes de transmission sélectionnées au préalable, soit pour extraire des données particulières du signal qui circule dans un bus de communication respectant la norme de transmission choisie, le signal étant mis au préalable sous forme binaire, soit pour configurer des données selon le protocole correspondant à la norme de transmission choisie en vue de les émettre en sortie de la centrale de mesure sur un bus de communication menant à un dispositif d'enregistrement et/ou de traitement de données, cela après avoir mis lesdites données sous une forme analogique compatible avec la norme de transmission choisie, lesdits modules numériques de gestion de protocole (1) étant équipés d'un bus d'entrée-sortie (11) i) sur lequel ils reçoivent ou émettent des données en provenance ou à destination d'un bus de communication normalisé et d'un port d'entréesortie (13) sur lequel ils délivrent ou reçoivent des données à destination ou en provenance de leur bus d'entrée-sortie (11), - des circuits de spécialisation (2), un par module numérique de gestion de protocole (1), embrochables sur les modules numériques de gestion de protocole (1), spécialisés chacun en fonction d'une norme particulière de transmission choisie parmi le groupe de normes de transmission et pourvus chacun de moyens de mise en forme analogique-numérique ou numérique-analogique respectant la couche physique de la norme de transmission choisie et d'un moyen d'identification de la norme de transmission qui est mise en oeuvre et pour laquelle il a été préalablement configuré, chaque circuit de spécialisation (2) s'intercalant devant le bus d'entrée-sortie (11 ) du module numérique de gestion de protocole (1) sur lequel il est embroché, assurant le traitement de la couche physique de la norme de communication à laquelle il est dédié et communiquant l'identification de ladite norme au module numérique de gestion de protocole (1) sur lequel il est embroché - une unité centrale (4) gérant les programmations des différents modules numériques de gestion de protocole (1) en fonction des identifications de norme de transmission communiquées par les circuits de spécialisation (1) embrochés sur les modules numériques de gestion de protocole - un circuit d'interfaçage (3) des modules numériques de gestion de protocole (i) avec l'unité centrale (4) permettant de faire communiquer les modules numériques de gestion de protocole - un terminal amovible (5) permettant de dialoguer avec l'unité centrale (4) pour lui définir un programme de mesure et pour préciser les programmations des automates (10) des modules numériques de gestion de protocole (1). 2. Centrale de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les modules numériques (1) de gestion de protocole sont tous identiques. 3. Centrale de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les modules numériques de gestion de protocole (1), le circuit d'interfaçage (3) et l'unité centrale (4) sont rassemblés dans une baie de mesure (60) présentant extérieurement des ouvertures permettant d'enficher les circuits de spécialisation (2) sur les modules numériques de gestion de protocole (1), un banc de connecteurs (6) permettant de raccorder les bus d'entrée-sortie (11 ) des modules numériques de gestion de protocole (1), interfacés par les circuits de spécialisation (2), à des bus de communication d'un système électronique de gestion de processus industriel et à des bus de communication menant à un dispositif d'enregistrement et/ou de traitement de données, ainsi qu'un connecteur (7) permettant de raccorder le terminal amovible (5) à l'unité centrale (4). 4. Centrale de mesure selon la revendication i, caractérisée en ce que les automates programmables (10) des modules numériques (1) de gestion de protocole sont à base de circuits de type FPLA. 5. Centrale de mesure selon la revendication 4, caractérisée en ce que les automates programmables (10) des modules numériques (1) de gestion de protocoles sont à base de circuit de type FPLA réalisés en une technologie SRAM. 6. Centrale de mesure selon la revendication 5, caractérisée en ce que les automates programmables (10) des modules numériques (1), se programment automatiquement à partir des informations délivrées par les moyens d'identification des circuits de spécialisation (2) qui les équipent. 7. Centrale de mesure selon la revendication 6, caractérisée en ce que la programmation des automates programmables (10) des modules numériques 8. Centrale de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un au moins des modules numériques (1) est configuré pour recevoir ou produire des données de type "date" qui encadrent les données recueillies à l'aide des autres modules numériques (1).