機載PD火控雷達系統1553B總線(xiàn)驅動(dòng)層與傳輸層軟件界面分析

圖6　雙機收發(fā)時(shí)序關(guān)系

　　在圖6中，T為總線(xiàn)傳輸和數據更新周期，S1、S2、S3分別為發(fā)送方的數據更新事件，R1、R2、R3分別為接收方的查詢(xún)采樣事件，由于任務(wù)負載的不均勻性，S1、S2和S3以及R1、R2和R3之間幾乎不可能以等間隔發(fā)生，所以在采用單緩沖區進(jìn)行數據傳輸時(shí)為保證數據傳輸的一致性而應用讀寫(xiě)鎖機制以后，消息S2將由于S1尚未被接收而被丟棄；采樣R3又由于未收到任何消息而耗費一個(gè)周期，在這樣的系統中，理論上數據丟失率可能會(huì )達到50％，對離散的工作命令，數據的丟失將影響系統的正常工作；對連續變化的狀態(tài)參數，如此高的丟失率實(shí)際上使得系統的傳輸率下降一倍，這也會(huì )影響系統的工作精度。解決數據丟失問(wèn)題的主要方法是采用雙緩沖區機制。
　　雙緩沖區機制就是對每個(gè)消息塊建立A、B兩個(gè)緩沖區，A區寫(xiě)鎖關(guān)閉、讀鎖打開(kāi)時(shí)，B區讀鎖關(guān)閉、寫(xiě)鎖打開(kāi)?？梢宰C明，只要不出現超時(shí)，任何消息都可通過(guò)A、B兩個(gè)緩沖區中的一個(gè)進(jìn)行傳輸，并且不會(huì )被丟失。例如，在圖6中，若消息S1通過(guò)A區被R2接收，則S2會(huì )通過(guò)B區被R3接收，不會(huì )發(fā)生S2丟失的問(wèn)題。
　　采用讀寫(xiě)鎖和雙緩沖區機制的傳輸過(guò)程可以描述為：
　　發(fā)送方：　　　　　　　　　　　　　　　　接收方：
if(寫(xiě)指針指向A區){　　　　　　　　　　　　　if(A區讀鎖已打開(kāi)){
　　if(A區讀鎖已關(guān)閉){　　　　　　　　　　　　　讀A區消息塊；
　　　　發(fā)送消息塊至A區；關(guān)閉A區讀鎖；
　　　　打開(kāi)A區讀鎖；　　　　　　　　　　　　}
　　　　寫(xiě)指針指向B區；　　　　　　　　　　　else if (B區讀鎖已打開(kāi)){
　　}讀B區消息塊；
　　else{關(guān)閉B區讀鎖；
　　　　置超時(shí)標志：　　　　　　　　　　　　　}
　　}
}
else{
　　if(B區讀鎖已關(guān)閉){
　　　　發(fā)送消息塊至B區；打開(kāi)B區讀鎖；
　　　　寫(xiě)指針指向A區；
　　}
　　else{
　　　　置超時(shí)標志；
　　}
}

5　RTC同步機制
　　機載PD火控雷達是綜合火控系統中最主要的傳感器之一，它一方面依賴(lài)于其它機載設備提供的高精度飛機運動(dòng)參數才能進(jìn)行正常工作，另一方面也要向顯示控制及火控計算機等子系統提供高精度的目標數據，才能進(jìn)行有效的武器控制，因此精度問(wèn)題是影響綜合火控系統工作的根本問(wèn)題之一。
　　影響數據精度的因素很多，如傳感器誤差和子系統的計算方法等。在總線(xiàn)通訊系統設計中需要考慮的則主要是傳輸延遲引起的誤差，對此系統設計者必須考慮到幾個(gè)主要問(wèn)題：其一是傳輸延遲的模型問(wèn)題，其二是系統同步問(wèn)題，其三是延遲誤差修正算法問(wèn)題。早期的火控系統往往忽略傳輸延遲或將傳輸延遲簡(jiǎn)單地考慮為固定延遲，因而同步問(wèn)題和算法問(wèn)題都可得到簡(jiǎn)化，這對慢速運動(dòng)的載機和目標而言是可以接受的。然而，總線(xiàn)通訊中的傳輸延遲除一部分可以預知的固定延遲外，還有相當復雜的隨機延遲，當問(wèn)題空間中速度和機動(dòng)提高時(shí)，上述的的簡(jiǎn)化方法便會(huì )引起很大的精度損失，因此必須提供有效的方法以解決延遲誤差，尤其是隨機延遲誤差問(wèn)題，其中系統同步便是解決其它所有問(wèn)題的前提。
　　事實(shí)上，航空電子系統的各個(gè)子系統都建立了本身的局部時(shí)鐘，其精度可達微秒量級，但是由于1553B總線(xiàn)通訊的周期是十毫秒量級的，因此如果通過(guò)應用軟件之間的消息傳輸來(lái)建立系統的全局時(shí)鐘機制，那么這樣的時(shí)鐘其精度最高也只能是十毫秒量級的，這對系統中一些時(shí)間要求較高的處理是不足的。解決此問(wèn)題的主要途徑是使用總線(xiàn)RTC(Real Time Clock)同步機制。
　　RTC是一分辨率為20μs并以遞增方式計數的32位數據，精度可達±50PPM(Parts per million)，在各個(gè)MBI加電復位時(shí)RTC置“0”，并開(kāi)始根據自己的局部時(shí)鐘累積計數，必要時(shí)還可利用“不帶數據字同步”方式指令對RTC進(jìn)行復位。在系統工作過(guò)程中，作為BC的子系統CPU加載RTC，并利用每一次消息通訊將其RTC發(fā)送到各RT。因此，在RT的MBI中既有自身的RTC數據，也有該RTC與BC的RTC之差△RTC，這樣各個(gè)子系統便可讀取RTC及△RTC，從而建立起子系統時(shí)鐘與全局時(shí)鐘之間的對應關(guān)系。在數據傳輸中，每個(gè)發(fā)送子系統可在發(fā)送消息中附上采樣時(shí)標，接收子系統收到此消息時(shí)雖已經(jīng)過(guò)一定的延遲，利用時(shí)標能夠準確地對這些數據進(jìn)行外推處理，盡可能地減少因系統不同步造成的計算誤差，提高系統的精度。所以RTC能夠為航空電子系統的同步提供支持并為系統維護及事后數據處理提供依據。

6　結束語(yǔ)
　　1553B總線(xiàn)通訊技術(shù)已經(jīng)在國內外機載PD雷達系統中得到充分應用，本文所提出的若干分析結果和設計思想也已運用于我國自行研制的機載PD火控雷達系統中?？梢灶A見(jiàn)，在今后相當長(cháng)的一段時(shí)間內，1553B總線(xiàn)仍將是機載PD雷達內、外部通訊的主要手段之一。隨著(zhù)微電子技術(shù)的發(fā)展，CPU及1553B協(xié)議芯片正不斷地升級、換代和改型，但是為保證總線(xiàn)通訊軟件的繼承性和復用性，機載PD雷達中傳輸層和驅動(dòng)層軟件之間的接口界面應該相對穩定，并且這樣的界面設計完全可以適應機載雷達發(fā)展的新的需求。

參考文獻
1　謝希仁等.計算機網(wǎng)絡(luò ).北京：電子工業(yè)出版社，1994
2　航空航天部第三○一研究所.MIL－HDBK－1553多路傳輸數據總線(xiàn)應用手冊.北京：1988年11月
3　阮淑芬.1553B總線(xiàn)在機載火控雷達中的設計途徑.現代雷達，1996，18(3): 37～45