]基于Flexray總線(xiàn)的車(chē)載指揮控制任務(wù)計算機的設計與實(shí)現

0 引言

在現代戰爭中，無(wú)人機相對有人機而言具有低成本、零傷亡、高機動(dòng)、可重復使用等諸多優(yōu)勢，其使用范圍已擴展到軍事、民用等領(lǐng)域。在軍事上可用于偵察、監視、通信中繼、電子對抗、戰果評估等；在民用上可用于大地測量、氣象觀(guān)測、城市環(huán)境監測、地球資源勘探、森林防火、核污染生化污染區的取樣與監控等。無(wú)人機系統通常由機載系統、數據鏈和地面站組成。

地面站是無(wú)人機系統的中樞，它的主要功能包括：任務(wù)計劃、飛行控制、信息處理顯示、目標檢測和定位、數據記錄等。車(chē)載地面站由于其機動(dòng)性好、便于快速部署、可迅速到達任務(wù)區域附近而受到用戶(hù)青睞。但車(chē)載地面站面臨高低溫、高濕、沖擊、振動(dòng)、電磁輻射干擾等惡劣環(huán)境，以及對其性能、體積、重量、功耗等的苛刻要求，普通的商用計算機無(wú)法滿(mǎn)足車(chē)載環(huán)境要求及控制的實(shí)時(shí)性要求。 本文針對某車(chē)載無(wú)人機地面站的需求，提出了一種指揮控制計算機設計方案及實(shí)現方法。

1 系統功能分析

無(wú)人機地面站指揮控制計算機用于無(wú)人機的跟蹤和指令控制。它通過(guò)無(wú)線(xiàn)電接收機接收無(wú)人機遙感傳送的圖像信號，經(jīng)圖像處理后送給車(chē)載地面站的駕駛員，同時(shí)由指揮控制計算機進(jìn)行圖像貯存。 車(chē)載地面站的駕駛員可對無(wú)人機的飛行及其任務(wù)的執行進(jìn)行監視，通過(guò)地面站的指令發(fā)射機可向無(wú)人機發(fā)出控制指令，無(wú)人機接收后按照命令可不斷調整飛行路線(xiàn)，完成任務(wù)。圖1為車(chē)載無(wú)人機地面站指揮控制計算機的系統交聯(lián)圖。





車(chē)載指揮控制計算機是車(chē)載地面站的核心，是系統正常有序工作的重要控制部件。指揮控制計算機負責組織管理車(chē)載地面站內部設備，使地面站內各設備能夠有序協(xié)調工作，并通過(guò)FlexRay總線(xiàn)與車(chē)載電子系統進(jìn)行數據交換，保障地面站捕獲無(wú)人機發(fā)回的任務(wù)區域圖像信號，及時(shí)將地面站駕駛員的操控指令發(fā)射至無(wú)人機。其主要功能如下：

(1)進(jìn)行地面站與車(chē)載電子系統之間的信息交換；

(2)采集駕駛員發(fā)出的操控指令，并將指令傳送至指令發(fā)射機，由指令發(fā)射機調制后發(fā)射至無(wú)人機，同時(shí)將操控指令發(fā)送給記錄器進(jìn)行記錄；

(3)控制指令發(fā)射機、圖像接收機天線(xiàn)伺服系統轉動(dòng)，使天線(xiàn)主波瓣對準無(wú)人機以獲得最佳的信號強度；

(4)采集圖像接收機傳送來(lái)的圖像數據信號，并將圖像顯示在車(chē)載顯示器上，同時(shí)將圖像記錄在記錄器上；

(5)控制地面站內各設備的自檢和周期性監測。

2 車(chē)載指揮控制計算機系統結構設計

隨著(zhù)車(chē)載計算機的體積小型化、功能多元化和操作實(shí)時(shí)化，要求新一代無(wú)人機地面站指揮控制計算機必須是體積小、重量輕、功耗低的、可支持多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統的嵌入式計算機。根據指揮控制計算機的功能性能要求，可將指揮控制計算機劃分為處理器模塊、接口模塊、顯示模塊、通信模塊、電源模塊等5個(gè)功能模塊，各功能模塊通過(guò)CPCI總線(xiàn)進(jìn)行通訊。

2．1 處理器模塊

處理器模塊主要實(shí)現指揮控制計算機的內部資源管理、接口控制、任務(wù)軟件執行等功能。指揮控制計算機處理器模塊選用目前應用廣泛的PowerPC系列處理器中的PowerPC8548，該處理器功耗低、集成度高，內部集成有串口、計數器、中斷控制器、以太網(wǎng)接口、PCI橋等功能電路，單片性能達到了2310MIPS，縮小了系統體積，減輕了重量，降低了功耗。

為了保障系統運行的安全性，處理器模塊上設計了看門(mén)狗電路和訪(fǎng)問(wèn)超時(shí)計時(shí)器電路?？撮T(mén)狗計時(shí)器的計時(shí)設置和計時(shí)過(guò)程由獨立于軟件操作的硬件實(shí)現，而清除計時(shí)操作由受軟件控制的硬件完成?？撮T(mén)狗計時(shí)器電路在維護使能信號無(wú)效時(shí)自動(dòng)使能；在維護使能信號有效時(shí)自動(dòng)禁止，但此時(shí)可用軟件操作來(lái)使能。當看門(mén)狗計時(shí)器輸出觸發(fā)時(shí)將引起中斷或復位。訪(fǎng)問(wèn)超時(shí)計時(shí)器電路用于報告并恢復處理器訪(fǎng)問(wèn)計算機資源過(guò)程中的總線(xiàn)周期超時(shí)故障。當處理器訪(fǎng)問(wèn)周期超過(guò)預先設定的門(mén)限時(shí)，即發(fā)生總線(xiàn)周期超時(shí)故障，該電路可產(chǎn)生中斷請求，同時(shí)結束當前訪(fǎng)問(wèn)操作。

2．2 接口模塊

接口模塊完成和外圍設備進(jìn)行通訊并完成數據交換的功能。接口設備包括USB接口，用于控制鼠標、鍵盤(pán)等外圍接口設備，RS422接口用于和指令發(fā)射機、圖像接收機等外部系統進(jìn)行交聯(lián)。

2．3 顯示模塊

顯示模塊主要完成復合視頻的解碼、切換、疊加、壓縮及傳輸的功能。根據CPCI總線(xiàn)傳輸的指令對3路輸入視頻的其中之一疊加軌跡，并將疊加軌跡后的視頻與其它視頻壓縮后傳輸至FlexRay總線(xiàn)上；接收CPCI傳輸的指令和數據，生成儀表和參數等畫(huà)面，輸出LVDS顯示信號來(lái)驅動(dòng)顯示屏。

2．4 通信模塊

通信模塊主要實(shí)現指揮控制計算機與車(chē)載電子系統之間的數據交換。以FlexRay總線(xiàn)作為互連和數據傳送的方式，這樣既有利于實(shí)現指揮控制計算機軟硬件的通用化、模塊化，同時(shí)有利于軟件升級和系統擴展，顯著(zhù)提高軟硬件的可擴展性。