基于Smart Core的手持式飛參快速卸載器設(shè)計

摘要：文中采用Smart Core嵌入式開發(fā)技術(shù)，針對卸載設(shè)備的主要特點，設(shè)計并實現(xiàn)了手持式通用飛參快速卸載器。該型設(shè)備使用擴展ISA用戶總線、同步數(shù)據(jù)預(yù)處理、軟件自適應(yīng)接口、通用轉(zhuǎn)換電路接口等多項技術(shù)，實現(xiàn)了設(shè)備的小型化、快速化、通用化。實際實現(xiàn)過程中采用軟件抗干擾、綜合屏蔽等技術(shù)，提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：飛參卸載器；嵌入式開發(fā)系統(tǒng)；Smart Core

    機載飛行參數(shù)系統(tǒng)和相關(guān)處理設(shè)備在地勤維護、飛行事故處理和飛行質(zhì)量評估等方面發(fā)揮重要的作用。現(xiàn)在隨著飛參設(shè)備使用頻率增加，飛參數(shù)據(jù)卸載設(shè)備型號多、體積大、故障率高已經(jīng)開始影響飛參的正常使用。

    嵌入式技術(shù)的出現(xiàn)給開發(fā)和設(shè)計具有小型化、通用化、快速化和可靠性高的新型飛參卸載設(shè)備創(chuàng)造有利的技術(shù)條件。利用嵌入式技術(shù)可以提高飛參使用效率；通過簡化操作步驟，采用與飛參地面處理相結(jié)合，飛參卸載變得更加便捷，設(shè)備可靠性大大增強。

1  嵌入式系統(tǒng)

    嵌入式系統(tǒng)把計算機直接嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，融合了計算機軟件、硬件、通信和半導(dǎo)體技術(shù)，是信息技術(shù)的終端產(chǎn)品^[1]。嵌入式系統(tǒng)是由嵌入式處理器、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成。形象地說，嵌入式系統(tǒng)采用“量體裁衣”的方法把所需的功能嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中，其硬件和軟件都可以根據(jù)需要定制和集成。隨著應(yīng)用形式的不同，可有IP（International Property）級、芯片級和模塊級三種體系結(jié)構(gòu)^[2]。                  

    IP 級把不同單元進行集成，各種嵌入式軟件也以IP的方式集成在芯片中；芯片級是根據(jù)各種IT產(chǎn)品的要求，選用相應(yīng)的處理器芯片（含MCU、DSP、RISC和MPU）、RAM、ROM/ EPROM/ EEPROM/FLASH和I/O接口芯片組成操作系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件也以固件形式固化在磁盤中；模塊級以X86為處理器構(gòu)成系統(tǒng)模塊。Smart Core 是以Am486為內(nèi)核的嵌入式CPU，完全兼容X86的指令集，具有32位、低功耗等特點，又稱為E86體系^[3]。Smart Core功能框圖如圖1所示。

2  總體設(shè)計

    手持式通用飛參快速卸載器是依托飛機裝備的飛行參數(shù)系統(tǒng)，采用目前先進的嵌入式技術(shù)進行開發(fā)，重點實現(xiàn)飛參卸載設(shè)備的小型化、通用化、和性能高的特點。根據(jù)不同型號飛參的數(shù)據(jù)卸載協(xié)議、接口電路、通訊方式和數(shù)據(jù)記錄方式的不同，采用了Smart Core嵌入式技術(shù)，根據(jù)一線使用的實際情況，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上增加了數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)糾錯等功能。

                        圖1 Smart core功能框圖

2.1 系統(tǒng)組成

    軟件部分是在DOS 操作平臺下開發(fā)的應(yīng)用程序，包括數(shù)據(jù)卸載軟件、用戶交互軟件、LE屏顯示和控制程序、硬件驅(qū)動程序以及其它輔助程序，采用DOS平臺考慮到采用I/O口讀取12位并行碼，由于Windows系統(tǒng)采用多任務(wù)、多線程機制，實際輸出的脈沖幾乎無法捕捉到，不能實時檢測到12位并行碼。而操作系統(tǒng)采用DOS，則可以實時檢測到12位并行碼，以P -300微機為例,用C語言中的inportb函數(shù)反復(fù)讀取就可以滿足要求。

    硬件由Smart Core小系統(tǒng)、矩陣鍵盤管理系統(tǒng)、擴展電路和外設(shè)組成。Smart Core小系統(tǒng)是硬件核心部分，是手持式飛參數(shù)據(jù)卸載設(shè)備的CPU，它以DL公司的Smart Core模塊為主，配合相應(yīng)的擴展電路組成。在該系統(tǒng)中擴展了數(shù)據(jù)存儲卡、16M SDRAM、2個標準串口和ISA總線接口。在ISA總線基礎(chǔ)上又擴展了2M Flash、鍵盤接口、并行口、顯示屏和符合SDLC協(xié)議的串口。矩陣鍵盤管理系統(tǒng)由89C51單片機、外圍電路和程序組成，用于管理矩陣鍵盤、將矩陣鍵盤轉(zhuǎn)換為PC機標準PS2格式。該設(shè)備的外設(shè)為薄膜式按鍵和圖形點陣式液晶顯示器。                                                            

    系統(tǒng)采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?、自編字庫、信息編排等技術(shù)，擴展了ISA用戶總線結(jié)構(gòu)，通過該總線連接鍵盤、顯示屏、CF卡驅(qū)動器和卸載接口等外部設(shè)備。

2.2 系統(tǒng)原理框圖

    系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

                             圖2 系統(tǒng)原理框圖
2.3軟件主要功能

    卸載器軟件具有數(shù)據(jù)卸載、通道校驗、履歷設(shè)置、飛參自檢、本機自檢等基礎(chǔ)功能。

    2.3.1具備飛參地面站預(yù)處理軟件的功能，包括：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、履歷信息提煉、數(shù)據(jù)解壓縮等，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)卸載、預(yù)處理一體化，簡化了地面數(shù)據(jù)卸載和預(yù)處理操作，解決了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄的瓶頸問題。

    2.3.2增加了數(shù)據(jù)備份功能，在卸載數(shù)據(jù)的同時可將其備份到數(shù)據(jù)存儲卡中，實現(xiàn)了飛參數(shù)據(jù)的雙重備份。

    2.3.3提供了“數(shù)據(jù)導(dǎo)出”功能，保證卸載器在離位狀態(tài)下，可根據(jù)現(xiàn)場需要，將指定數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3  技術(shù)難點及解決特殊技術(shù)

3.1 嵌入式開發(fā)平臺的底層驅(qū)動

    系統(tǒng)采用先進的Smart core作為開發(fā)平臺，Smart core開發(fā)出的手持式設(shè)備具有體積小、重量輕、功能強、功耗低、溫度范圍寬和穩(wěn)定性高的優(yōu)點^[4]。與其他嵌入式開發(fā)平臺相比，Smart core更為突出的優(yōu)點是擴展CF卡和DOC比較方便。但以Smart core為核心的嵌入式技術(shù)是一項全新的技術(shù)，開發(fā)技術(shù)難度較大。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，首先要從Smart core擴展出符合ISA規(guī)范的用戶擴展總線，這條用戶擴展總線是連接Smart core及SDLC通訊協(xié)議接口、顯示接口、鍵盤接口和DOC接口的紐帶。系統(tǒng)采用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD，擴展出了符合ISA規(guī)范的用戶擴展總線。

3.2 產(chǎn)品的通用化設(shè)計

    現(xiàn)役國產(chǎn)飛參系列和型號多，每個型號飛參的記錄方式、數(shù)據(jù)記錄格式、卸載模式各不相同，卸載器彼此不通用。通過對各型機載飛參設(shè)備進行測試、研究，設(shè)計出可自動識別飛參型號的軟件自適應(yīng)接口和可進行一體化卸載數(shù)據(jù)的通用轉(zhuǎn)換電路，解決了同一卸載器不能卸載不同型號飛參數(shù)據(jù)的難題。

3.3 數(shù)據(jù)卸載及處理的快速化設(shè)計

    原飛參卸載器是將機載飛參數(shù)據(jù)直接拷貝下來，不具備數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，飛參數(shù)據(jù)必須由專業(yè)人員帶回飛參處理室，利用專用軟件進行解壓、還原后，才能進行分析。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，飛行日當天必須卸載飛參數(shù)據(jù)后進行處理，如果按照日出動15架飛機，每架飛機飛行5個起落計算，數(shù)據(jù)從卸載到處理結(jié)束，需要14個小時。

    該卸載器采用數(shù)據(jù)同步預(yù)處理技術(shù)，按照地面處理軟件接口的要求，在數(shù)據(jù)卸載的同時，完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、履歷信息提煉和數(shù)據(jù)解壓縮等預(yù)處理工作，保證錄入到地面處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可直接分析，利用該設(shè)備，從數(shù)據(jù)卸載開始至處理結(jié)束，僅用1小時。

3.4 手持設(shè)備的抗干擾技術(shù)

    系統(tǒng)硬件組成復(fù)雜，結(jié)構(gòu)緊湊。系統(tǒng)集成和電路交叉連接產(chǎn)生的空間輻射干擾、外接電源干擾等問題比較突出，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本系統(tǒng)采用了以下抗干擾技術(shù)：

    3.4.1采用一點接地技術(shù)，選擇殼體的接地點作為系統(tǒng)的參考“地點”與飛機殼體相連，其它電路的接地點都與該點相連。

    3.4.2采用綜合屏蔽技術(shù)，減小電磁波的輻射干擾。殼體在設(shè)計加工時，采用進口鋁材作為原材料，并進行了表面導(dǎo)電陽極化處理，搭鐵電阻小，減小了元器件間的輻射干擾。

    3.4.3使用軟件抗干擾技術(shù)，采取數(shù)字濾波、指令冗余、標志判斷等措施提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除程序可能發(fā)生的彈飛、進入死循環(huán)或死機狀態(tài)。

4  結(jié)束語

    目前，該設(shè)備已在多個單位得到成功推廣。按現(xiàn)在飛機與卸載器配置比例計算，使用該設(shè)備后，可節(jié)約經(jīng)費上千萬元，每年還可節(jié)約維修費用近百萬元。一線使用證明，該設(shè)備設(shè)計新穎，技術(shù)獨特，攜帶方便，操作簡單，為飛參專業(yè)發(fā)展開辟了一條嶄新的途徑，提高快速保障能力，具有明顯的軍事和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

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[3] Terence Fong，Sebastien Grange ,Charles Thorpe and Charles Baur . Multi-robot remote driving with collaborative control[J].IEEE International Workshop on Robot-Human Interactive Communication ,September 2001,Bordeaux and Paris , France
[4] Jean J.Labrosse 嵌入式系統(tǒng)構(gòu)件[J]. 機械工業(yè)出版社，2002.2