機(jī)載任務(wù)記錄器中數(shù)據(jù)記錄器組件的設(shè)計與實現(xiàn)

朱孝政，馬江峰，何林遠(yuǎn)

（1.海軍裝備部 陜西 西安 710043；2.空軍工程大學(xué) 工程學(xué)院，陜西 西安 710043）

事后評判是戰(zhàn)術(shù)對抗訓(xùn)練中的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的事后評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)分析工作站對訓(xùn)練過程中所記錄的真實數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀，并人工對比各類事件和數(shù)據(jù)的時間和數(shù)值，給出對抗訓(xùn)練結(jié)果。

但在實際使用中，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)的時間基準(zhǔn)也不一致，造成絕對時間不統(tǒng)一，給事后客觀評判帶來了很大困難。例如，在合同戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練中，要給出一個客觀、準(zhǔn)確的對抗評估結(jié)果，往往使用很多人力，花費幾周時間才能給出準(zhǔn)確對抗結(jié)果。這已成為新形勢下合同戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練中的瓶頸問題。

為此，設(shè)計了機(jī)載任務(wù)記錄器對多種任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合采集，統(tǒng)一時標(biāo)、集中記錄的新方法，實現(xiàn)事后分析的快速、準(zhǔn)確、客觀判讀。新研設(shè)備采用統(tǒng)一絕對時間，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)格保證了事后評判的客觀性和時間準(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。

1 數(shù)據(jù)記錄組件的硬件設(shè)計

1.1 總體設(shè)計思想

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)記錄器組件實現(xiàn)16路串口的收發(fā)，對其中的9路RS422串口信號進(jìn)行分析、解析、加時間標(biāo)簽后打包記錄；另外，1路RS422串口信號用于外部通信，4路RS422串口信號用于記錄模塊上保存的北京時間，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8G的數(shù)據(jù)記錄電子盤。1路PATA接口，掛載一塊512M字節(jié)的FLASH盤，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。

圖1 數(shù)據(jù)記錄器組件原理圖Fig.1 Schematic diagram of data logger component

1.2 硬件實現(xiàn)

1）處理器電路

主控模塊處理器采用德國控創(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：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@AtomTMZ510，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，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才能實現(xiàn)實時處理，經(jīng)過查詢比較，選用市場上技術(shù)較成熟的EXAR公司的PCI接口的8路UART芯片XR17D158來實現(xiàn)，其功能框圖如圖3所示。

圖2 nano接口示意圖Fig.2 Schematic diagram of nano interface

圖3 XR17D158功能框圖Fig.3 Function diagram of XR17D158

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。

2 數(shù)據(jù)記錄器組件的軟件實現(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個功能。

1）獲取RTC時鐘時間，統(tǒng)一系統(tǒng)時間，并通過接收GPS信號對系統(tǒng)時間進(jìn)行校正；

2）獲取狀態(tài)，解析后通過422接口發(fā)送工作狀態(tài)控制指令；

3）加載時區(qū)信息，為事后評估提供有效參考；

4）接收路任務(wù)數(shù)據(jù)，并寫入記錄存儲組件進(jìn)行存儲，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)各組件運行狀態(tài)，生成系統(tǒng)日志文件，通過故障指示燈進(jìn)行系統(tǒng)級報故；

6）能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)斷電時不丟失已記錄的文件；

7）每隔100 ms對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行時間標(biāo)記，形成time.bin時間包，在事后評估中為9路任務(wù)數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的時間依據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)記錄器組件的系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件VXWORKS操作系統(tǒng)、包括BIT測試程序、各功能驅(qū)動軟件及驅(qū)動軟件接口程序組成，完成如下功能：

1）以X86架構(gòu)下的VXWORKS操作系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的核心軟件；

2）驅(qū)動軟件，包括：RS422驅(qū)動、PCIE—PCI轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動、雙口RAM驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動、串口DL158驅(qū)動、硬件RTC驅(qū)動、硬件watchdog驅(qū)動、SATA驅(qū)動程序等；

3）BIT 測試程序，包括：啟動 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、存儲等功能。數(shù)據(jù)記錄器組件軟件流程圖如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)記錄器組件軟件流程圖Fig.4 Flow chart of software component data recorder

系統(tǒng)軟件完成一些列初始化之后，執(zhí)行存放于NANO Flash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區(qū)信息（用于調(diào)整GPS時間到當(dāng)?shù)貢r間）；讀取波段開關(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（）：寫時間包函數(shù)。通過100 ms定時器精確計算系統(tǒng)時間，讀取9路任務(wù)數(shù)據(jù)的總量，按規(guī)定格式將時間和數(shù)據(jù)量信息寫入time.bin時間包。

③DataPro2（）：DSP接收的8路任務(wù)數(shù)據(jù)的寫盤函數(shù)。當(dāng)雙口RAM中8個區(qū)域中有至少一個區(qū)域中數(shù)據(jù)量超過1 K或者超時3 s時，讀取雙口RAM中的8路數(shù)據(jù)，并寫入電子盤。

④DataPro1（）：處理來自XR17D158的信息。158芯片8個通道共享1個中斷，當(dāng)有158的中斷到來時，遍歷8個通道，讀入數(shù)據(jù)并判斷、解析。第1、2個通道分別對應(yīng)壓縮板1、2，第3個通道用于接收GPS數(shù)據(jù)，第4個通道用于和存儲校時模塊中斷DSP通信，第5個通道備用，第6個通道和數(shù)據(jù)采集器（DCU）通信，第7個通道用于和狀態(tài)控制器通信（即采集多波段開關(guān)狀態(tài)的DSP），第8個通道用于接收DK4數(shù)據(jù)。

⑤writeGpsTask（）：GPS數(shù)據(jù)寫盤函數(shù)。將GPS數(shù)據(jù)按照&GPRMC格式寫入電子盤，為地面回放工作站提供時間和位置參考。

⑥writeDk4Task（）：DK4數(shù)據(jù)寫盤函數(shù)。將唯一通過158擴(kuò)展串口接收到的DK4數(shù)據(jù)寫入電子盤。

3 結(jié)束語

根據(jù)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練實際，對多路機(jī)載任務(wù)數(shù)據(jù)實現(xiàn)了同步記錄，按照統(tǒng)一時間標(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、武器運用狀況、數(shù)據(jù)通信狀況和電子對抗?fàn)顩r等信息，對作戰(zhàn)訓(xùn)練效果評估意義重大。

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