機(jī)載任務(wù)記錄器中數(shù)據(jù)記錄器組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：隨著現(xiàn)代空戰(zhàn)訓(xùn)練的轉(zhuǎn)型，對(duì)機(jī)載任務(wù)記錄系統(tǒng)所記錄數(shù)據(jù)的多樣性和全面性，記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間同步性和一致性有了很高的要求。為此，在新型機(jī)載任務(wù)記錄儀設(shè)計(jì)研發(fā)中，采用統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，同步記錄多路任務(wù)數(shù)據(jù)，嚴(yán)格保證了事后評(píng)判的客觀性和時(shí)間準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞：事后評(píng)判；任務(wù)記錄；VXWORKS；SATA；RS422

    事后評(píng)判是戰(zhàn)術(shù)對(duì)抗訓(xùn)練中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的事后評(píng)判方法是分別下載各類機(jī)載任務(wù)數(shù)據(jù)，分別采用各自的數(shù)據(jù)分析工作站對(duì)訓(xùn)練過(guò)程中所記錄的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀，并人工對(duì)比各類事件和數(shù)據(jù)的時(shí)間和數(shù)值，給出對(duì)抗訓(xùn)練結(jié)果。
    但在實(shí)際使用中，由于飛機(jī)種類眾多，飛機(jī)上記錄的任務(wù)數(shù)據(jù)各不相同，且各類數(shù)據(jù)的時(shí)間基準(zhǔn)也不一致，造成絕對(duì)時(shí)間不統(tǒng)一，給事后客觀評(píng)判帶來(lái)了很大困難。例如，在合同戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練中，要給出一個(gè)客觀、準(zhǔn)確的對(duì)抗評(píng)估結(jié)果，往往使用很多人力，花費(fèi)幾周時(shí)間才能給出準(zhǔn)確對(duì)抗結(jié)果。這已成為新形勢(shì)下合同戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練中的瓶頸問(wèn)題。
    為此，設(shè)計(jì)了機(jī)載任務(wù)記錄器對(duì)多種任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合采集，統(tǒng)一時(shí)標(biāo)、集中記錄的新方法，實(shí)現(xiàn)事后分析的快速、準(zhǔn)確、客觀判讀。新研設(shè)備采用統(tǒng)一絕對(duì)時(shí)間，同步采集記錄視頻、音頻、及其他任務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，嚴(yán)格保證了事后評(píng)判的客觀性和時(shí)間準(zhǔn)確性。鑒于系統(tǒng)的龐大性和復(fù)雜性，文中僅介紹機(jī)載任務(wù)器中數(shù)據(jù)記錄組件的設(shè)計(jì)。

1 數(shù)據(jù)記錄組件的硬件設(shè)計(jì)
1．1 總體設(shè)計(jì)思想
    數(shù)據(jù)記錄器組件完成系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)處理、RS422數(shù)據(jù)接收和記錄。數(shù)據(jù)記錄器組件實(shí)現(xiàn)16路串口的收發(fā)，對(duì)其中的9路RS422串口信號(hào)進(jìn)行分析、解析、加時(shí)間標(biāo)簽后打包記錄；另外，1路RS422串口信號(hào)用于外部通信，4路RS422串口信號(hào)用于記錄模塊上保存的北京時(shí)間，1路RS422串口用于接收GPS數(shù)據(jù)，另有1路串口預(yù)留系統(tǒng)擴(kuò)展。數(shù)據(jù)記錄器組件還預(yù)留了2路RS232接口，用于調(diào)試和擴(kuò)展。數(shù)據(jù)記錄器組件還具備1路串行SATA接口，掛載一個(gè)8G的數(shù)據(jù)記錄電子盤(pán)。1路PATA接口，掛載一塊512M字節(jié)的FLASH盤(pán)，供系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件使用，數(shù)據(jù)記錄器組件的原理圖如圖1所示。

1．2 硬件實(shí)現(xiàn)
    1)處理器電路
    主控模塊處理器采用德國(guó)控創(chuàng)公司的高效率嵌入式微處理模塊nanoETXexpress-SP，該產(chǎn)品具有如下特點(diǎn)：①接口兼容ETX標(biāo)準(zhǔn)；②CPU采用Intel公司的高效嵌入式處理器Intel@AtomZ510，主頻1．1 GHz，該CPU具有超低工作電壓(ULV)，512 kByte cache，前端總線(FSB)400 MHz等特點(diǎn)，內(nèi)存最大支持1 GB(目前配置512 MB)；③集成64 MB顯存的顯示控制器；④具有豐富的外設(shè)接口，如圖2所示；⑤功耗較低(最大功耗7 W，待機(jī)功耗4．5 W)。

    2)PCI-UART電路
    由于主控模塊需要處理的RS422接口較多，而且要求達(dá)到的速度較高，只有使用速度較高的PCI總線接口的UART才能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，經(jīng)過(guò)查詢比較，選用市場(chǎng)上技術(shù)較成熟的EXAR公司的PCI接口的8路UART芯片XR17D158來(lái)實(shí)現(xiàn)，其功能框圖如圖3所示。

    另外的8路串口由TI公司的TMS320C2812擴(kuò)展得到，其余2路RS232接口由nano模塊自帶。[!--empirenews.page--]

2 數(shù)據(jù)記錄器組件的軟件實(shí)現(xiàn)
2．1 數(shù)據(jù)記錄器組件的功能需求
    數(shù)據(jù)記錄器組件作為系統(tǒng)控制核心，主要完成下面7個(gè)功能。
    1)獲取RTC時(shí)鐘時(shí)間，統(tǒng)一系統(tǒng)時(shí)間，并通過(guò)接收GPS信號(hào)對(duì)系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行校正；
    2)獲取狀態(tài)，解析后通過(guò)422接口發(fā)送工作狀態(tài)控制指令；
    3)加載時(shí)區(qū)信息，為事后評(píng)估提供有效參考；
    4)接收路任務(wù)數(shù)據(jù)，并寫(xiě)入記錄存儲(chǔ)組件進(jìn)行存儲(chǔ)，按照規(guī)定的格式形成記錄文件夾；
    5)監(jiān)控并記錄系統(tǒng)各組件運(yùn)行狀態(tài)，生成系統(tǒng)日志文件，通過(guò)故障指示燈進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)報(bào)故；
    6)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)斷電時(shí)不丟失已記錄的文件；
    7)每隔100 ms對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，形成time．bin時(shí)間包，在事后評(píng)估中為9路任務(wù)數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的時(shí)間依據(jù)。
2．2 數(shù)據(jù)記錄器組件的系統(tǒng)軟件
    系統(tǒng)軟件VXWORKS捌作系統(tǒng)、包括BIT測(cè)試程序、各功能驅(qū)動(dòng)軟件及驅(qū)動(dòng)軟件接口程序組成，完成如下功能：
    1)以X86架構(gòu)下的VXWORKS操作系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心軟件；
    2)驅(qū)動(dòng)軟件，包括：RS422驅(qū)動(dòng)、PCIE-PCI轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動(dòng)、雙口RAM驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)、串口DL158驅(qū)動(dòng)、硬件RTC驅(qū)動(dòng)、硬件watchdog驅(qū)動(dòng)、SATA驅(qū)動(dòng)程序等；
    3)BIT測(cè)試程序，包括：?jiǎn)?dòng)BIT、周期BIT(周期10 s)；
2．3 數(shù)據(jù)記錄器組件的應(yīng)用軟件
    1)應(yīng)用軟件流程圖
    應(yīng)用軟件主要完成系統(tǒng)的管理、通信及數(shù)據(jù)的傳輸、封裝、解析、存儲(chǔ)等功能。數(shù)據(jù)記錄器組件軟件流程圖如圖4所示。

    系統(tǒng)軟件完成一些列初始化之后，執(zhí)行存放于NANOHash內(nèi)部的腳本文件Start．txt加載應(yīng)用程序，應(yīng)用程序的入口函數(shù)為kgStart()。
    2)應(yīng)用軟件主要內(nèi)部函數(shù)
    ①kgStart()：應(yīng)用程序主函數(shù)。完成系統(tǒng)軟件剩余的初始化任務(wù)；獲取并統(tǒng)一系統(tǒng)時(shí)間；按格式要求建立正確的數(shù)據(jù)文件夾及文件；加載飛行信息以及時(shí)區(qū)信息(用于調(diào)整GPS時(shí)間到當(dāng)?shù)貢r(shí)間)；讀取波段開(kāi)關(guān)狀態(tài)，給DCU發(fā)送控制指令；發(fā)起任務(wù)完成系統(tǒng)功能。
    ②timepackage()：寫(xiě)時(shí)間包函數(shù)。通過(guò)100 ms定時(shí)器精確計(jì)算系統(tǒng)時(shí)間，讀取9路任務(wù)數(shù)據(jù)的總量，按規(guī)定格式將時(shí)間和數(shù)據(jù)量信息寫(xiě)入time．bin時(shí)間包。
    ③DataPro2()：DSP接收的8路任務(wù)數(shù)據(jù)的寫(xiě)盤(pán)函數(shù)。當(dāng)雙口RAM中8個(gè)區(qū)域中有至少一個(gè)區(qū)域中數(shù)據(jù)量超過(guò)1 K或者超時(shí)3 s時(shí)，讀取雙口RAM中的8路數(shù)據(jù)，并寫(xiě)入電子盤(pán)。
    ④DataProl()：處理來(lái)自XR17D158的信息。158芯片8個(gè)通道共享1個(gè)中斷，當(dāng)有158的中斷到來(lái)時(shí)，遍歷8個(gè)通道，讀入數(shù)據(jù)并判斷、解析。第1、2個(gè)通道分別對(duì)應(yīng)壓縮板1、2，第3個(gè)通道用于接收GPS數(shù)據(jù)，第4個(gè)通道用于和存儲(chǔ)校時(shí)模塊中斷DSP通信，第5個(gè)通道備用，第6個(gè)通道和數(shù)據(jù)采集器(DCU)通信，第7個(gè)通道用于和狀態(tài)控制器通信(即采集多波段開(kāi)關(guān)狀態(tài)的DSP)，第8個(gè)通道用于接收DK4數(shù)據(jù)。
    ⑤writeGpsTask()：GPS數(shù)據(jù)寫(xiě)盤(pán)函數(shù)。將GPS數(shù)據(jù)按照&GPRMC格式寫(xiě)入電子盤(pán)，為地面回放工作站提供時(shí)間和位置參考。
    ⑥writeDk4Task()：DK4數(shù)據(jù)寫(xiě)盤(pán)函數(shù)。將唯一通過(guò)158擴(kuò)展串口接收到的DK4數(shù)據(jù)寫(xiě)入電子盤(pán)。

3 結(jié)束語(yǔ)
    根據(jù)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練實(shí)際，對(duì)多路機(jī)載任務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了同步記錄，按照統(tǒng)一時(shí)間標(biāo)記和統(tǒng)一判讀規(guī)范進(jìn)行各種類型數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析判讀，快速準(zhǔn)確的給出飛機(jī)自身飛行狀況、飛行員操作狀況、武器運(yùn)用狀況、數(shù)據(jù)通信狀況和電子對(duì)抗?fàn)顩r等信息，對(duì)作戰(zhàn)訓(xùn)練效果評(píng)估意義重大。