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(kāi)發(fā)技術(shù)，針對卸載設備的主要特點(diǎn)，設計并實(shí)現了手持式通用飛參快速卸載器。該型設備使用擴展ISA用戶(hù)總線(xiàn)、同步數據預處理、軟件自適應接口、通用轉換電路接口等多項技術(shù)，實(shí)現了設備的小型化、快速化、通用化。實(shí)際實(shí)現過(guò)程中采用軟件抗干擾、綜合屏蔽等技術(shù)，提高了產(chǎn)品的可靠性和穩定性。
關(guān)鍵詞：飛參卸載器；嵌入式開(kāi)發(fā)系統；Smart Core

機載飛行參數系統和相關(guān)處理設備在地勤維護、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?，F在隨著(zhù)飛參設備使用頻率增加，飛參數據卸載設備型號多、體積大、故障率高已經(jīng)開(kāi)始影響飛參的正常使用。

嵌入式技術(shù)的出現給開(kāi)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(shù)條件。利用嵌入式技術(shù)可以提高飛參使用效率；通過(guò)簡(jiǎn)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

嵌入式系統把計算機直接嵌入到應用系統中，融合了計算機軟件、硬件、通信和半導體技術(shù)，是信息技術(shù)的終端產(chǎn)品^[1]。嵌入式系統是由嵌入式處理器、操作系統和應用軟件組成。形象地說(shuō)，嵌入式系統采用“量體裁衣”的方法把所需的功能嵌入到各種應用系統中，其硬件和軟件都可以根據需要定制和集成。隨著(zhù)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(jìn)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，系統軟件也以固件形式固化在磁盤(pán)中；模塊級以X86為處理器構成系統模塊。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(diǎn)，又稱(chēng)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系統，采用目前先進(jìn)的嵌入式技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)實(shí)現飛參卸載設備的小型化、通用化、和性能高的特點(diǎn)。根據不同型號飛參的數據卸載協(xié)議、接口電路、通訊方式和數據記錄方式的不同，采用了Smart Core嵌入式技術(shù)，根據一線(xiàn)使用的實(shí)際情況，在原有設備的基礎上增加了數據預處理、數據備份、數據糾錯等功能。

圖1 Smart core功能框圖

2.1 系統組成

軟件部分是在DOS 操作平臺下開(kāi)發(fā)的應用程序，包括數據卸載軟件、用戶(hù)交互軟件、LE屏顯示和控制程序、硬件驅動(dòng)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系統采用多任務(wù)、多線(xiàn)程機制，實(shí)際輸出的脈沖幾乎無(wú)法捕捉到，不能實(shí)時(shí)檢測到12位并行碼。而操作系統采用DOS，則可以實(shí)時(shí)檢測到12位并行碼，以P -300微機為例,用C語(yǔ)言中的inportb函數反復讀取就可以滿(mǎn)足要求。

硬件由Smart Core小系統、矩陣鍵盤(pán)管理系統、擴展電路和外設組成。Smart Core小系統是硬件核心部分，是手持式飛參數據卸載設備的CPU，它以DL公司的Smart Core模塊為主，配合相應的擴展電路組成。在該系統中擴展了數據存儲卡、16M SDRAM、2個(gè)標準串口和ISA總線(xiàn)接口。在ISA總線(xiàn)基礎上又擴展了2M Flash、鍵盤(pán)接口、并行口、顯示屏和符合SDLC協(xié)議的串口。矩陣鍵盤(pán)管理系統由89C51單片機、外圍電路和程序組成，用于管理矩陣鍵盤(pán)、將矩陣鍵盤(pán)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(diǎn)陣式液晶顯示器。

系統采用大規?？删幊踢壿嬈骷?、自編字庫、信息編排等技術(shù)，擴展了ISA用戶(hù)總線(xiàn)結構，通過(guò)該總線(xiàn)連接鍵盤(pán)、顯示屏、CF卡驅動(dòng)器和卸載接口等外部設備。

2.2 系統原理框圖

系統原理框圖如圖2所示。

圖2 系統原理框圖
2.3軟件主要功能

卸載器軟件具有數據卸載、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：數據格式轉換、履歷信息提煉、數據解壓縮等，實(shí)現了數據卸載、預處理一體化，簡(jiǎn)化了地面數據卸載和預處理操作，解決了數據轉錄的瓶頸問(wèn)題。

2.3.2增加了數據備份功能，在卸載數據的同時(shí)可將其備份到數據存儲卡中，實(shí)現了飛參數據的雙重備份。

2.3.3提供了“數據導出”功能，保證卸載器在離位狀態(tài)下，可根據現場(chǎng)需要，將指定數據導出。

3 技術(shù)難點(diǎn)及解決特殊技術(shù)

3.1 嵌入式開(kāi)發(fā)平臺的底層驅動(dòng)

系統采用先進(jìn)的Smart core作為開(kāi)發(fā)平臺，Smart core開(kāi)發(fā)出的手持式設備具有體積小、重量輕、功能強、功耗低、溫度范圍寬和穩定性高的優(yōu)點(diǎn)^[4]。與其他嵌入式開(kāi)發(fā)平臺相比，Smart core更為突出的優(yōu)點(diǎn)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(kāi)發(fā)技術(shù)難度較大。在系統設計過(guò)程中，首先要從Smart core擴展出符合ISA規范的用戶(hù)擴展總線(xiàn)，這條用戶(hù)擴展總線(xiàn)是連接Smart core及SDLC通訊協(xié)議接口、顯示接口、鍵盤(pán)接口和DOC接口的紐帶。系統采用大規?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD，擴展出了符合ISA規范的用戶(hù)擴展總線(xiàn)。

3.2 產(chǎn)品的通用化設計

現役國產(chǎn)飛參系列和型號多，每個(gè)型號飛參的記錄方式、數據記錄格式、卸載模式各不相同，卸載器彼此不通用。通過(guò)對各型機載飛參設備進(jìn)行測試、研究，設計出可自動(dòng)識別飛參型號的軟件自適應接口和可進(jìn)行一體化卸載數據的通用轉換電路，解決了同一卸載器不能卸載不同型號飛參數據的難題。

3.3 數據卸載及處理的快速化設計

原飛參卸載器是將機載飛參數據直接拷貝下來(lái)，不具備數據預處理功能，飛參數據必須由專(zhuān)業(yè)人員帶回飛參處理室，利用專(zhuān)用軟件進(jìn)行解壓、還原后，才能進(jìn)行分析。根據有關(guān)規定，飛行日當天必須卸載飛參數據后進(jìn)行處理，如果按照日出動(dòng)15架飛機，每架飛機飛行5個(gè)起落計算，數據從卸載到處理結束，需要14個(gè)小時(shí)。

該卸載器采用數據同步預處理技術(shù)，按照地面處理軟件接口的要求，在數據卸載的同時(shí)，完成數據格式轉換、履歷信息提煉和數據解壓縮等預處理工作，保證錄入到地面處理系統的數據可直接分析，利用該設備，從數據卸載開(kāi)始至處理結束，僅用1小時(shí)。

3.4 手持設備的抗干擾技術(shù)

系統硬件組成復雜，結構緊湊。系統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(wèn)題比較突出，為了保證系統的穩定性和可靠性，本系統采用了以下抗干擾技術(shù)：

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

3.4.2采用綜合屏蔽技術(shù)，減小電磁波的輻射干擾。殼體在設計加工時(shí)，采用進(jìn)口鋁材作為原材料，并進(jìn)行了表面導電陽(yáng)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)，采取數字濾波、指令冗余、標志判斷等措施提高系統的穩定性，消除程序可能發(fā)生的彈飛、進(jìn)入死循環(huán)或死機狀態(tài)。

4 結束語(yǔ)

目前，該設備已在多個(gè)單位得到成功推廣。按現在飛機與卸載器配置比例計算，使用該設備后，可節約經(jīng)費上千萬(wàn)元，每年還可節約維修費用近百萬(wàn)元。一線(xiàn)使用證明，該設備設計新穎，技術(shù)獨特，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，為飛參專(zhuān)業(yè)發(fā)展開(kāi)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(lèi)與現狀[J].電子產(chǎn)品世界，1999
[2] 姚放吾. 嵌入式系統的硬件/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 嵌入式系統構件[J]. 機械工業(yè)出版社，2002.2