基于Smart Core的手持式飛參快速卸載器設計

摘要：文中采用Smart Core嵌入式開發(fā)技術，針對卸載設備的主要特點，設計并實現(xiàn)了手持式通用飛參快速卸載器。該型設備使用擴展ISA用戶總線、同步數(shù)據(jù)預處理、軟件自適應接口、通用轉換電路接口等多項技術，實現(xiàn)了設備的小型化、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，提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。
關鍵詞：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)和相關處理設備在地勤維護、飛行事故處理和飛行質量評估等方面發(fā)揮重要的作用。現(xiàn)在隨著飛參設備使用頻率增加，飛參數(shù)據(jù)卸載設備型號多、體積大、故障率高已經(jīng)開始影響飛參的正常使用。

    嵌入式技術的出現(xiàn)給開發(fā)和設計具有小型化、通用化、快速化和可靠性高的新型飛參卸載設備創(chuàng)造有利的技術條件。利用嵌入式技術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合，飛參卸載變得更加便捷，設備可靠性大大增強。

1  嵌入式系統(tǒng)

    嵌入式系統(tǒng)把計算機直接嵌入到應用系統(tǒng)中，融合了計算機軟件、硬件、通信和半導體技術，是信息技術的終端產(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。隨著應用形式的不同，可有IP（International Property）級、芯片級和模塊級三種體系結構^[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為處理器構成系統(tǒng)模塊。Smart Core 是以Am486為內核的嵌入式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進行開發(fā)，重點實現(xiàn)飛參卸載設備的小型化、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，根據(jù)一線使用的實際情況，在原有設備的基礎上增加了數(shù)據(jù)預處理、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、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)卸載設備的CPU，它以DL公司的Smart Core模塊為主，配合相應的擴展電路組成。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、將矩陣鍵盤轉換為PC機標準PS2格式。該設備的外設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)模可編程邏輯器件、自編字庫、信息編排等技術，擴展了ISA用戶總線結構，通過該總線連接鍵盤、顯示屏、CF卡驅動器和卸載接口等外部設備。

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、履歷設置、飛參自檢、本機自檢等基礎功能。

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

    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)導出。

3  技術難點及解決特殊技術

3.1 嵌入式開發(fā)平臺的底層驅動

    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是一項全新的技術，開發(fā)技術難度較大。在系統(tǒng)設計過程中，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備進行測試、研究，設計出可自動識別飛參型號的軟件自適應接口和可進行一體化卸載數(shù)據(jù)的通用轉換電路，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)從卸載到處理結束，需要14個小時。

    該卸載器采用數(shù)據(jù)同步預處理技術，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)格式轉換、履歷信息提煉和數(shù)據(jù)解壓縮等預處理工作，保證錄入到地面處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可直接分析，利用該設備，從數(shù)據(jù)卸載開始至處理結束，僅用1小時。

3.4 手持設備的抗干擾技術

    系統(tǒng)硬件組成復雜，結構緊湊。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：

    3.4.1采用一點接地技術，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，減小電磁波的輻射干擾。殼體在設計加工時，采用進口鋁材作為原材料，并進行了表面導電陽極化處理，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，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  結束語

    目前，該設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，該設備設計新穎，技術獨特，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：

[1] 呂京建，肖海橋。嵌入式處理器分類與現(xiàn)狀[J].電子產(chǎn)品世界，1999
[2] 姚放吾. 嵌入式系統(tǒng)的硬件/軟件協(xié)同設計[J].微計算機信息，2001，3：1-3
[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)構件[J]. 機械工業(yè)出版社，2002.2