Gemide yeni bir entegre kontrol bilgisayarının tasarımı
0 Önsöz
Hassas güdümlü havadan karaya füzelerin geliştirilmesi, Çin'in konvansiyonel silahlarının hava saldırısı kabiliyetini artırmada özellikle önemli bir rol oynamaktadır. Yeni nesil havadan yere silahlarda kullanılan entegre kontrol bilgisayarı, kontrol ve navigasyon sisteminin entegre füze kaynaklı elektronik ekipmanının önemli bileşenlerinden biridir.Çok miktarda veriyi işler, karmaşık bir kontrol arayüzüne sahiptir ve güçlü gerçek zamanlı performansa sahiptir.Bilgisayar tasarımı için yüksek gereksinimleri vardır. . Bu belge, yerleşik ve entegre bir tasarıma sahip, geleneksel çok modüllü alt kabin bölme bilgisayarını entegre eden ve yerel bağımsız mülkiyet haklarına sahip Tianmai 2 gerçek zamanlı bölümleme işletim sistemi ile donatılmış yeni bir entegre kontrol bilgisayarı türünü önermektedir. Bilgisayar performansı, nihayet yeni nesil füze kaynaklı entegre kontrol bilgisayarı yazılımı ve donanım platformu çözümleri tasarladı.
Entegre kontrol bilgisayarının ana işlevi, zaman sırasına göre kontrol talimatlarını vermek, rehberlik ve kontrol yasalarını çözmek ve havacılık silahlarının uçuşunu kontrol etmek için bağlı uçuş yol noktalarına ve hedef noktanın üç boyutlu koordinatlarına göre füze üzerindeki sensör bilgilerini kapsamlı bir şekilde kullanmaktır. Entegre kontrol bilgisayarı temel olarak merkezi işlem modülü (CPM), ikincil güç kaynağı modülü (PSM), radyo yükseklik ölçüm modülü, direksiyon dişlisi servo kontrol modülü vb. İçerir. Yazılım açısından, entegre kontrol bilgisayarı Tianmai 2 gerçek zamanlı bölme işletim sistemi, entegre kontrol kullanır. Bilgisayar yapısı blok şeması, Şekil 1'deki gibi gösterilmiştir.
2 donanım tasarımı
CPM modülü, entegre kontrol bilgisayarının temel bileşenidir ve CPM modülü, bir CPU ek kart modülü ve bir IOC modülünden oluşur.
CPU modülü MPC8270 işlemcisini kullanır. Bu işlemci, Freescale'nin PowerUICC II serisinin yüksek performanslı, düşük güçlü bir işlemcisidir ve çift çekirdekli: yerleşik bir PowerPC603e çekirdeği ve çift adresli veri yollarına sahip bir iletişim işleme modülü ve 450 MHz maksimum çalışma frekansı. CPU modülünün yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir.
IOC modülü, CPU'nun iletişim kontrolünü PCI veri yolu üzerinden kabul eder.Modül, analog / dijital hibrit entegre devre tasarımını benimser ve esas olarak FPGA tasarımı ile uygulanır.Genellikle GJB289A veri yolu işlevi devresi, RS422 / RS485 devresi, darbe, frekans sinyali işleme devresi, ayrı miktar Giriş / çıkış devreleri, analog giriş / çıkış devreleri, vb. Bu arayüzler, tüm füzenin entegrasyonunu sağlamak üzere iletişim kontrolünü sağlamak için füzenin telemetrisi, fünye, yangın kontrol, direksiyon tertibatı, motor ve uydu konumlandırma alıcısı ve diğer bileşenlerle iletişim kurmak için kullanılır. Kontrol ve algoritma çözümü.
3 yazılım tasarımı
Entegre kontrol bilgisayarı yazılımı, uygulama yazılımı, sistem yazılımı ve geliştirme ortamından oluşur. Bunlar arasında, sistem yazılımı temel olarak işletim sistemi yazılımı, sürücü yazılımı ve BIT yazılımını içerir. İşletim sistemi, bölümleme işlevine sahip Tianmai 2 yerel işletim sistemini benimser; BIT (Yerleşik Test) yazılımı, sistemin donanım kaynaklarını algılamasını tamamlar ve donanım kaynaklarının gerçek zamanlı izlenmesini gerçekleştirir. Sürücü programı, temeldeki donanım cihazlarının başlatılmasını tamamlar ve kontrol bilgisayarı donanımının çalışmasını ve kontrolünü gerçekleştirmek için uygulama yazılımı sağlar. Şekil 3, kontrol bilgisayarı yazılımının yapısal bir diyagramıdır.
4 Entegre kontrol bilgisayarının özellikleri
Füze kaynaklı entegre bir kontrol bilgisayarının tasarımında aşağıdaki tasarım özellikleri bulunmaktadır:
(1) Kapsamlı ve entegre tasarımı benimseyin;
(2) Yurtiçi otonom bölüm gerçek zamanlı işletim sistemini benimsemek;
(3) Geleneksel füze tabanlı bilgisayara göre genel bir gelişmedir.
4.1 Kapsamlı ve entegre tasarım
Entegre kontrol bilgisayarı, veri işleme, görev planlaması, algoritma çözümü ve kontrolü (yükseklik, navigasyon, tutum), servo kontrol ve tüm bomba uygulamasının diğer fonksiyonlarını entegre eder.Tüm makine 5 fonksiyonel modül ve farklı uygulama görevlerini içerir. Yazılım uygulaması, Tianmai 2 işletim sisteminin bölümleme işlevine de güvenebilir. Füze kaynaklı bilgisayarın geleneksel çok kabinli çoklu bilgisayar modeli ile karşılaştırıldığında, donanım platformunun ve sistem yazılımının birleşik tasarımı, füze kaynaklı bilgisayarın entegrasyonunu ve entegrasyonunu gerçekleştirir ve belirli bir tür havadan yere füze için birleşik bir hesaplama kontrol platformu sağlar. Aynı zamanda, kontrol bilgisayarını tasarlarken, entegre analog ve dijital tasarımı benimseyin ve geleneksel kontrol bilgisayarı tasarımının CPU, AIO (analog çıkış / çıkış) ve DIO (dijital çıkış / çıkış) modüllerini, sistemin entegrasyonunu daha da geliştiren CPM modülüne entegre edin. derece. Şekil 4, kapsamlı bir kontrol bilgisayarının entegrasyonunun şematik bir diyagramıdır.
4.2 Bölüm gerçek zamanlı işletim sistemi
Entegre kontrol bilgisayarı, entegre kontrol bilgisayarının tasarımında yerel bağımsız mülkiyet haklarına sahip Tianmai 2 gömülü gerçek zamanlı işletim sistemini (AcoreOS653) benimser.Tianmai 2, birden fazla uygulama görevi alt sistemini desteklemek için ARINC653 standardına dayalı olarak geliştirilmiş bölümlenmiş bir işletim sistemidir.Hiyerarşik bir yazılım yapısına sahiptir. Yazılım üç katmana ayrılmıştır: modül destek katmanı, işletim sistemi katmanı ve uygulama katmanı. Bunların arasında işletim sistemi katmanı, çekirdek işletim sistemlerini, bölüm işletim sistemlerini ve yapılandırılabilir bileşenleri içerir. İşletim sistemi, hataları etkin bir şekilde izole edebilen ve farklı uygulama görevlerinin görece bağımsızlığını sağlayabilen bölüm teknolojisi, sağlık izleme teknolojisi ve bağlantı noktası tabanlı iletişim teknolojisini benimser.
Tasarımda, entegre kontrol bilgisayarı, bu tür havadan yere füze için birleşik bir hesaplama platformu sağlar ve Tianmai 2 işletim sisteminin kullanımı, uygulama görevlerini birbirinden bağımsız kılarak aynı hesaplama platformunu kullanımda şeffaf hale getirir. Bilgisayarı kontrol eden uygulama yazılımının 4 bölümü vardır:
(1) İşlevsel alt sistem 1: uçuş kontrol yazılımı;
(2) İşlevsel alt sistem 2: Entegre navigasyon çözümü yazılımı;
(3) Fonksiyonel alt sistem 3: Barometrik altimetre hesaplama yazılımı;
(4) Fonksiyonel alt sistem 4: Radyo altimetre çözüm yazılımı.
Her uygulama işlevi bölümü, uzay ve zamanda birbirinden bağımsızdır ve mantıksal düzeyde "çoklu" denetim bilgisayarlarını gerçekleştirir. İşlevsel bir alt sistem arızalandığında, diğer işlevsel alt sistemlerin ve işletim sistemlerinin alanını etkilemeyecek ve sistemi tatmin edecek Arıza izolasyonu için gereksinimler. İşletim sistemi, kesinti / anormal yönetim ve sağlık izleme yönetimine odaklanan hataya dayanıklı tasarım teknolojisini benimser.Sağlık izleme, hataların yayılmasını önlemek ve sistemin güvenli çalışmasını sağlamak için hataları hata seviyelerine göre kaydeder, izole eder ve işler. İşletim sistemi, sistem işleminin tüm süreci boyunca olası arızaları ele alır. Şekil 5, arıza işlemenin şematik bir diyagramıdır.
4.3 Bilgisayar geliştirme karşılaştırması
Geleneksel çok kabinli ayrılmış füze kaynaklı bilgisayarla karşılaştırıldığında, entegre kontrol bilgisayarı yalnızca yerli Tianmai 2 bölümü gerçek zamanlı işletim sisteminin entegrasyonunu, entegrasyonunu ve kullanımını gerçekleştirmekle kalmaz, aynı zamanda Tablo 1'de gösterildiği gibi güç tüketimini ve hacmi önemli ölçüde azaltır. Gösterildiği gibi, bu, minyatürleştirme ve ısı yayma problemlerini çözmek için özellikle önemlidir.
Kontrol bilgisayarının aynı işlemci platformu MPC8270 işlemcisinin kullanılması durumunda, bu makale Kalman Filtreleme algoritması (Kalman Filtreleme) test programını ve kontrol rehberliğinde yaygın olarak kıyaslama olarak kullanılan dalgacık değişimine (Dalgacık Dönüşümü) dayalı hedef tespit algoritmasını kullanır. Test programı, AcoreOS653 işletim sisteminin performansını yabancı VxWorks653 sistemi ile karşılaştırmaktadır.Karşılaştırma Şekil 6'da gösterilmiştir. AcoreOS653 kullanan entegre kontrol bilgisayarının performansının biraz daha iyi olduğu görülmektedir.
5. Sonuç
Ulusal savunma alanında, çeşitli havadan hassas güdümlü silahların sürekli geliştirilmesiyle, sistem birimleri sadece füze kaynaklı bilgisayarın daha yüksek performansına ihtiyaç duymakla kalmaz, aynı zamanda entegrasyon, entegrasyon ve gerçek zamanlı performans açısından daha da yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır. . Bu nedenle, "küçük, düşük, hafif" olanı daha iyi gerçekleştirmek için daha kapsamlı tasarım ve yazılım ve donanım entegrasyon tasarım fikirlerini benimsemek gerekir. Bu tasarım, Tianmai 2 gömülü gerçek zamanlı bölümlenmiş işletim sistemine dayanmaktadır, kapsamlı ve entegre bir tasarım fikrini benimser, füze tabanlı bilgisayarın hacmini ve ağırlığını azaltır ve sistem uygulamalarında iyi sonuçlar elde etmiştir. Bu makale, uçak / mühimmat kaynaklı bilgisayarlar da dahil olmak üzere birçok alanda yerleşik bilgisayarların entegre ve entegre tasarımı için belirli bir referans değerine sahiptir.
Referanslar
Longhua Tan, Chenglie Du, Xin Lei. ARINC653 bölümleme gerçek zamanlı sisteminin çizelgeleme analizi. Açta Aeronautica, 2015, 36 (11): 3698-3705.
Jiang Linlin, Shi Chenguang. MPC8270 Minimal Sisteminin Tasarımı ve Uygulaması. Havacılık Hesaplama Teknolojisi, 2013, 43 (6): 125-128.
Tian Ze, Wang Jing, Xue Feng. Yüksek hızlı GJB289A veri yolu teknolojisine genel bakış. Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2016, 42 (7): 151-153, 163.
Tian Xinyu, Zhang Xiaolin, Wu Haitao, vb. Havadaki bilgisayar BIT tasarım teknolojisi ve stratejisi Bilgisayar ölçümü ve kontrolü, 2011, 19 (9): 2064-2066.
Tong Min, Wei Yipeng, Zhang Deng. Gömülü Bölme İşletim Sisteminin Güvenilirlik Teknolojisinin Araştırılması ve Uygulanması, Havacılık Hesaplama Teknolojisi, 2015, 45 (2): 105-106.
Yu Le, Zheng Lixin. Kalman filtresine dayalı dinamik hedef izleme. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2016, 35 (16): 44-45, 52.
yazar bilgileri:
Liu Shuo 1, Lu Hao 1, 2, Gao Hao 1
(1. Xi'an Havacılık Hesaplama Teknolojisi Araştırma Enstitüsü, China Aviation Industry Corporation, Xi'an 710065, Shaanxi, Çin;
2. Bilgisayar Bilimleri Fakültesi, Northwestern Polytechnical University, Xi'an, Shaanxi 710072)
