某型機載作戰任務(wù)加載器的設計與實(shí)現

摘要：為了保證飛機作戰任務(wù)信息傳輸和傳遞的準確性和安全性，并考慮數據加載的方便快捷，文章提出了一種采用DSP實(shí)現安全可靠加載任務(wù)數據的解決方案。設計方案采用USB標準線(xiàn)性FLASH存儲卡作為任務(wù)數據加密存儲和傳遞載體，在飛機座艙操縱臺安裝一個(gè)集成USB存儲卡，集數據讀取解密和1553B總線(xiàn)數據加載等功能為一體的作戰任務(wù)加載器。文章從應用需求出發(fā)，對加載器的軟硬件設計與實(shí)現方法進(jìn)行了較為詳盡的描述。此作戰任務(wù)加載器的應用豐富了任務(wù)數據的加載方式，減少了飛行員的操作，并能保證作戰任務(wù)數據的可靠傳輸。

關(guān)鍵詞：數據加載器;DSP;USB;1553B

引言

軍用飛機作戰任務(wù)具有較高的保密要求，飛行員需要從作戰指揮部獲取作戰任務(wù)數據，然后在飛機執行任務(wù)起飛前將作戰任務(wù)相關(guān)參數通過(guò)數據加載設備傳輸到火控計算機中?；鹂叵到y根據裝訂的信息參數引導飛行，在載機到達程序裝訂的目標區域時(shí)提醒飛行員做好戰斗準備，此外攻擊后的退出引導、返場(chǎng)引導等飛行過(guò)程都可根據裝訂的信息自動(dòng)完成。作戰任務(wù)加載運行模式如圖1所示。

1 整體方案考慮

作戰任務(wù)加載器需要實(shí)現三個(gè)功能，包括讀取數據存儲卡的數據、數據解密和通過(guò)1553B接口向火控計算機發(fā)送數據。

數據存儲卡用于存儲和傳遞作戰導航數據，任務(wù)規劃系統對數據存儲卡執行編程操作，作戰任務(wù)加載器對數據存儲卡執行讀取操作。作戰任務(wù)加載器屬于小型機載嵌入式設備，其工作頻率較低，數據存儲卡應選擇工作模式相對簡(jiǎn)單、讀取速度快、可靠性較高的產(chǎn)品。作戰任務(wù)加載器采用基于USB接口的NOR Flash存儲卡作為作戰導航參數信息的存儲載體。NOR Flash也稱(chēng)為L(cháng)inear Flash，擁有獨立的數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)，能快速隨機讀取，可以單字節/單字編程，但必須以塊為單位或整片執行擦除，重新編程之前必須進(jìn)行擦除操作。 NOR Flash存儲卡簡(jiǎn)單的訪(fǎng)問(wèn)方式、快速讀取速度及較高的可靠性適合機載作戰任務(wù)加載器的工作環(huán)境和工作模式。

作戰任務(wù)編程/加載系統采用數據加解密技術(shù)保證移動(dòng)存儲的安全保密性。所謂數據加密技術(shù)是指將信息(或稱(chēng)明文)經(jīng)過(guò)加密鑰匙及加密函數轉換，變成無(wú)意義的密文，而接收方將此密文經(jīng)過(guò)解密函數、解密鑰匙還原成明文的技術(shù)。作戰導航參數信息需要任務(wù)規劃系統進(jìn)行數據加密后存儲在數據存儲卡上，作戰任務(wù)加載器對數據存儲卡上的密文數據進(jìn)行解密處理。作戰任務(wù)加載器固定安裝在飛機上，應用環(huán)境具有較高的安全性?？紤]作戰任務(wù)加載器的實(shí)時(shí)性要求較低，且需要解密的導航信息數據量較小，加載器采用軟件解密方法即可滿(mǎn)足要求。雖然會(huì )帶來(lái)軟件運行開(kāi)銷(xiāo)，但可降低硬件成本。

本系統采用IDEA(International Data Encryption Algorithm)加密算法實(shí)現作戰導航數據信息在數據生成端的加密和數據使用端的解密。IDEA被認為是目前世界上最好最安全的分組密碼算法，且對計算機功能要求不高。IDEA的密鑰長(cháng)度是128位，相對較長(cháng)，加密強度高。在窮舉攻擊的情況下，IDEA需要經(jīng)過(guò)2128次加密才能恢復出密鑰，假設芯片每秒能檢測10億個(gè)密鑰，需要1013年，它被認為僅循環(huán)4次即可抵制差分密碼分析，對IDEA算法也不起作用，隨機選擇密鑰基本沒(méi)有危險，故其安全性較高;算法的基礎是16位運算，實(shí)現速度與DES相同。加密中從數碼鎖獲得的密鑰為128比特，明文分組長(cháng)度是64比特。

采用DSP實(shí)現IDEA解密算法與硬件實(shí)現解密相比具有開(kāi)發(fā)周期短、成本低的優(yōu)點(diǎn)。另外DSP本身的流水線(xiàn)和運算器設計也能夠有效提高數據解密算法的運算速度。

2 硬件設計

作戰任務(wù)加載器由數據處理模塊、電源系統、機箱和數據存儲卡構成，機箱和電源采用一體化設計，數據處理模塊是作戰任務(wù)加載器內部唯一的SRU。數據存儲卡直接安裝在數據處理模塊上，可簡(jiǎn)化整機結構設計。

2.1 DSP選型

數據處理模塊采用TI公司的數字信號處理器SM320F2812，集成1553B、USB、串口、離散量等數字接口。1553B接口用于向火控系統傳輸數據，USB接口用于訪(fǎng)問(wèn)數據存儲卡，串口用于顯示維護BIT的測試結果，離散量用于控制作戰任務(wù)加載器進(jìn)入不同的工作模式。SM320F2812的額定工作頻率為150MHz，每秒可執行1.5億次指令，具有單周期32bit ×32bit的乘和累加操作功能，主要實(shí)現USB存儲卡數據讀取、解密、發(fā)送的功能。

F2812的外部接口映射到5塊固定的存儲空間。每個(gè)存儲空間可以單獨設置訪(fǎng)問(wèn)時(shí)的等待狀態(tài)數目、選通信號的建立時(shí)間和保持時(shí)序，且讀和寫(xiě)操作的時(shí)序可以獨立設置。此外，每個(gè)空間可以分別選擇是否使用外部等待信號(XREADY)來(lái)擴展所需的等待狀態(tài)。這些片選信號以及可編程的等待狀態(tài)和選通時(shí)序使得 DSP芯片可以和許多外部存儲器或擴展外設間實(shí)現無(wú)縫接口。每個(gè)XINTF空間都有自己的時(shí)序寄存器XTIMING，改變時(shí)序寄存器的值將會(huì )影響相應空間的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序。1553B接口、RAM、數據存儲卡可分別映射到不同的存儲空間，實(shí)現簡(jiǎn)化設計。

2.2 1553B總線(xiàn)接口電路

作戰任務(wù)加載器與火控計算機之間的數據傳輸通過(guò)1553B總線(xiàn)接口實(shí)現。本設計選擇1553B接口芯片HK1553B來(lái)實(shí)現通信功能。

1553B總線(xiàn)接口電路工作時(shí)鐘為12MHz，經(jīng)過(guò)隔離變壓器連接到1553B總線(xiàn)，模塊上1553B芯片工作在RT方式下，1553B協(xié)議芯片訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器為一片64k×16bitSRAM存儲器，存儲器的訪(fǎng)問(wèn)控制及1553B協(xié)議芯片請求DSP總線(xiàn)及應答信號由FPGA產(chǎn)生。1553B協(xié)議芯片的地址和數據總線(xiàn)全部引入FPGA，1553B協(xié)議芯片訪(fǎng)問(wèn)DSP總線(xiàn)時(shí)地址數據通過(guò)FPGA掛在EMIF總線(xiàn)上。

2.3 USB接口電路

本系統采用的存儲卡為MagicRAM公司的USBFlash存儲卡，該存儲卡讀取周期最大為200ns，可執行100000次寫(xiě)/擦除操作。該存儲卡的讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序是典型的異步并行接口訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序。DSP提供了對異步存儲器的無(wú)縫訪(fǎng)問(wèn)接口XINTF，將數據存儲卡單獨映射到DSP的 Zone2外部存儲空間。

USB芯片CY7C68013與FPGA相連，在檢測到USB供電后，通過(guò)FPGA實(shí)現對USB接口芯片的復位，并使能USB接口信號，實(shí)現與上位機的通信，完成調試加載功能。USB接口部分結構如圖2所示。