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
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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。
FlexRay是一種新型的高速串行總線(xiàn)標準，與傳統的CAN總線(xiàn)相比，FlexRay在通信速率、確定性、可靠性等多方面都有著(zhù)更為優(yōu)越的性能，具有靈活的使用方式，支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，負載率高，提供冗余機制的優(yōu)點(diǎn)。FlexRay總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)相比具有以下優(yōu)勢：
(1)傳輸速率高。單通道可達10Mbps，雙通道高達20Mbps；CAN總線(xiàn)傳輸速率最高僅1 Mbps。
(2)支持雙通道。雙通道可單獨運行、并行運行或冗余運行；CAN只有一個(gè)通道，無(wú)冗余。
(3)支持最大數據幀長(cháng)254字節；CAN總線(xiàn)支持最長(cháng)數據幀僅8字節。
(4)MAC(Media Access Control)層采用TDMA(時(shí)分多路)方式，數據通信具有確定性；而CAN總線(xiàn)采用帶優(yōu)先級的CSMA／CA(沖突避免多路訪(fǎng)問(wèn)方式)，無(wú)法保證通信確定性。
(5)支持星型、總線(xiàn)型、混合型等多種拓撲結構。
FlexRay網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議主要體現在4個(gè)核心機制上：編碼與解碼、數據幀與特征符處理、媒體接入控制和時(shí)鐘同步，另外控制器主機接口為實(shí)現這些機制提供數據傳輸服務(wù)。FlexRay數據幀由幀頭部分、有效數據部分、幀尾部分組成。幀頭部分由5個(gè)字節組成，包括保留位、數據指示位、空幀指示位、同步幀指示位、幀ID、有效數據長(cháng)度、頭部循環(huán)校驗CRC位和循環(huán)計數位；幀尾部分只含有單個(gè)的數據域，即一個(gè)24位的CRC(循環(huán)冗余)校驗碼。
主處理器把要發(fā)送到總線(xiàn)上的數據存入發(fā)送FlexRay消息緩沖器中，通過(guò)媒體接入控制，CRC校驗碼封裝成符合FlexRay協(xié)議的數據幀，再經(jīng)過(guò)總線(xiàn)驅動(dòng)器編碼送到總線(xiàn)上；同樣，總線(xiàn)上的數據經(jīng)過(guò)總線(xiàn)驅動(dòng)器解碼，數據幀被送到控制器中，通過(guò)幀ID過(guò)濾校驗和循環(huán)計算校驗，存入相應的消息緩沖器中。
2．5 電源模塊
電源模塊將供電系統提供的直流28V供電變換成計算機所需的各類(lèi)電源；具有過(guò)流、短路保護功能，故障排除后輸出自動(dòng)恢復等功能；具有過(guò)壓保護功能；具有過(guò)熱保護功能。電源電壓監控：此外電源模塊還具有在線(xiàn)監控功能。28V輸入電壓和+15V、-15V、+5V輸出電壓監控。
3 指揮控制計算機的軟件設計
指揮控制計算機的軟件主要駐留在處理器模塊上，分為系統軟件、實(shí)時(shí)任務(wù)軟件、地面支持軟件三部分。軟件功能結構如圖2所示。
指揮控制計算機工作模式分為4種：實(shí)時(shí)模式、 監控模式、在線(xiàn)編程模式、調試模式。實(shí)時(shí)模式下指揮控制計算機在操作系統調度下運行實(shí)時(shí)任務(wù)軟件；監控模式下指揮控制計算機運行監控軟件，可啟動(dòng)測試軟件對硬件資源逐一進(jìn)行測試；在線(xiàn)編程模式下指揮控制計算機可對其FLASH存儲器中固化的程序進(jìn)行更新；調試模式下指揮控制計算機可與宿主機通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)機，在調試代理的支持下進(jìn)行應用軟件的開(kāi)發(fā)調試。指揮控制計算機工作模式選擇流程及啟動(dòng)過(guò)程見(jiàn)圖3所示。
實(shí)時(shí)任務(wù)執行軟件包括通訊管理軟件、數據通訊管理軟件、天線(xiàn)伺服系統模擬輸入／輸出管理、圖像數據處理軟件和FLASH電子盤(pán)記錄管理軟件等功能。軟件的調度流程見(jiàn)圖4所示。
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