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某机载战术态势处理机通讯模块的设计与实现

  • 来源:陈伊卿,段海军,陈福
  • 发表于:2017-02-28 09:14:56
  • 点击:528

摘要:针对战术态势处理机在作战中与外围设备进行智能多功能通讯的需求,文章介绍了某机载战术态势处理机通讯模块的设计思想,并详细阐述了此通讯模块的功能、结构及具体的硬件和软件实现方法。 经实际应用表明,该系统可靠性高,满足战术态势处理与显示功能需求。

关键词:战术态势处理机;通讯模块;串行通信

引言

战术态势处理机通过数据链设备、 通信管理器接收数据信息用于飞机导航、目标分配控制和战术态势、引导指令、方案线、机场、气象和自由文电信息显示,并且接收处理同步机信号、265 雷达高度表信号以及罗盘和双模设备信号。同时通过北斗定位信息提供飞机位置、航迹角、地速、高度、北京时间等回传信息,具有直观、实时、准确等特点。 战术态势处理机主要功能包括导航和态势显示两部分。

导航工作原理: 采用内嵌的北斗标准子卡接收导航卫星信息和输入的计划航线参数进行导航诸元解算, 在电子地图背景上叠加显示航线、航向刻度、航道指示、导航参数、引导指令和战术态势、机场、气象、自由文电信息预报提示,采用 LVDS视频接口向多功能显示器发送导航画面, 飞行员观看导航画面控制飞机沿计划航线飞行。

态势显示工作原理: 战术态势处理设备接收数传信息处理机输出的地面指挥所上传的雷达情报、 引导指令、 方案线、机场、气象和自由文电信息,经消息数据分解、坐标变换、态势符号生成、视频叠加处理,在电子地图背景上叠加地空战术态势图、引导指令、方案线、机场信息、气象信息和自由文电信息画面,采用 LVDS 视频接口向多功能显示器发送导航画面。

战术态势处理机按功能划分为 CPU模块、电子盘模块、电源模块、CM 模块( 通讯模块,含北斗接收机子卡)、A/D转换模块和灯光告警模块。 其中, 通讯模块发挥着串行数据通讯接口的重要作用。通讯模块主要实现外部的左右多功能显示器、数据链信息管理计算机、航姿系统、无线电系统进行数据传输,并实现北斗数据的收发功能。 其对外接口为 2 路 ARINC429接收接口、 1 路 ARINC429 发送接口( 对外一分为二)、 4 路RS422 对外收发接口以及 1 路 RS232 调试接口。

1 通讯模块硬件设计

CM 接口模块是一个智能多功能通讯模块,其中通讯模块DSP 采用 TI 公司的 TMS320 系列的 SMJ320F240HFPM40( 国产替换型号为 JS320F240,以下简称 F240)以及 Xilinix 公司的95288CPLD( 国产替换型号为 HWD14288MCP, 以下简称CPLD),对外接口为 4 路 RS422 差分接口信号、3 路 ARINC429信号( 二收一发) 和 1 路 232 调试接口。 模块中 8K×16Bit 的双口 RAM 用来与 CPU 模块交换数据。

ARINC429 电路由晶振、协议控制芯片、电平转换器、控制逻辑等器件组成。ARINC429 控制器采用 DDC 公司的多路收发协议芯片 DEI1016A。 ARINC429 电路接口关系:提供两路ARINC429 信 号 接 收 接 口, 分 别 用 于 接 收 无 线 电 罗 盘( WL-11A)及双模设备信号,通信速率为 100Kbps;ARINC429备用信号,1 路发送。

RS422 串行控制器采用 TI 公司的 TL16C552 和 TL16C554实现,该芯片具有以下特点:2 通道串行控制器( 16C554 为 4 通道);传输速率软件可调节,最高速率可达 1Mbps。 RS422 电路接口关系:两路 RS422 收/发接口,COM1/ COM2 用于接收来自MFD 的键盘控制信号以及将接收到的两路 429 信号转成二路RS422 信号输出到两个 MFD;一路 RS422 接收接口 COM3,用于接收北斗子卡发送的定位数据;一路 RS422 发送接口 COM4用于将转换为 0183 格式的北斗定位数据传输给 CMU和主机。

2 系统软件设计

通讯模块的 DSP 软件主要完成对串行通讯接口的初始化操作,并将串口接收的数据送入双口 RAM 对应地址区域供上层应用读取, 将上层应用下发至双口的数据通过不同的串行接口发送出去;在收发北斗数据时,需要将北斗原始数据转换 NEMA0183 格式数据。

2.1 多功能显示器数据接收处理分别将外部串口 COM3 及 COM4 接收的 MFD 键盘数据存放到双口存储器上。 其中 COM3、 COM4 RS422 串口接收和发送数据采用中断方式,8 位数据位、1 位停止位、无校验,波特率为 38400bps。 多功能显示器数据包有 2 种格式, 软件需通过识别帧头来判断是哪一种数据包,然后进行数据处理,并通过计算校验和来判断接收是否正确, 若不正确则抛弃该数据包。 数据处理要求如下:

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对各字段说明如下:

— — 字节 0— 1:标志头 AAH,55H。

— — 字节 2: Code 按键编码, 其中, 按键编码值 Code 为“ 01H-14H”时,表示常规按键编码;为“ 5AH”时,表示低高度告警;为“ A5H”时,表示“ 告警解除”;为“ 88H”时,表示高度表自检;为“ 99H”时,表示自检结束;为“ 66H”时,表示请求预置。

— — 字节 3:KeyFlag 标志,若 KeyFlag.D7 为 0,表示前一字节为普通键值;为 1 时,表示本次传输飞行员代码。 当传输飞行员代码时,本字节的低 7 位代表飞行员代码的高位,和前一字节一起,拚成飞行员代码。

— — 字节 4:校验和 CS,校验和为前 4 字节累加和的低字节,即舍去进位。

校验公式:CS = (AAH + 55H + Code + KeyFlag) mod 256

1488244443113813.png

 

对各字段说明如下:

— — 字节 0 - 2:标志头 AAH,55H。

— — 字节 3:YZCode预置标志,其中,预置标志值 YZCode为“ 00H” 时,表示航向预置;为“ 01H” 时,表示告警预置;为“ 02H”时,表示“ 航道预置”;为“ 03H”时,表示飞行员代码预置。

— — 字节 4:KeyFlagL,数据低 8 位。

— — 字节 5:KeyFlagH,数据高 8 位。

— — 字节 6:校验和 CS,校验和为前 6 字节累加和的低字节,即舍去进位。

校验公式: CS =(AAH + 55H + 77H + YZCode +KeyValueL + KeyValueH) mod 256

2.2 429 数据处理

通过两路 429 接口接收罗盘数据和双模数据。 当 ARINC429 接口的两路接收端接收数据时,通过中断通知 F240 读取429 协议芯片串行接收来的数据,对接收到的 429 数据进行过滤,选取有效标号的数据,转换格式后通过 COM3 接口发送给左显示器,通过 COM4 接口发送给右显示器。

1488244459915620.png

 

对各字段说明如下:

— — 字节 0 - 1:标志头 AAH,55H。

— — 字节 2 - 5:数据字。

— — 字节 6:校验和 CS,校验和为前 4 字节累加和的低字节,即舍去进位。

校验公式:CS = (AAH + 55H + Code + KeyFlag) mod 256

2.3 CM 模块自检数据处理

CM 模块在加电启动时,需要通过 F240 自带调试串口输出提示信息提示用户输入字符,如字符“ p”( 不区分大小写),在此过程中等待 10 秒,若终端未输入字符“ p”,则程序执行正常的应用软件,否则进入 CM 模块循环自检程序,通过内回绕方式,对全部 AINC429 和 RS422 接口进行测试,在终端显示测试信息:若模块自检测试正常,显示测试OK信息;若某一项测试不正常,则测试项结果打印ERROR,并在其下方提示是哪一路接口故障。

3 结语

本文根据某机载战术态势处理机的任务需求, 设计了一种智能多功能通讯模块, 详细论述了硬件和软件的设计实现过程。该模块已成功应用于某机载战术态势处理机的通信中,表现出了低功耗、小体积、高可靠性等优点。本设计通用性强,适用于多种型号的战术态势处理机。

参考文献

[1] 曾义芳.DSP 基础知识及系列芯片 [M].北京:北京航天航空大学出版社,2006.

[2] 刘宏芳,阳东升,刘忠,张维明.基于任务的战术态势概念模型[J].武器装备自动化,2006,15(12):1006-1576.

[3] 左清清,梁争争,王斌.某机载战术态势处理机测试设备的设计与实现[J].电子技术,2007,25(5):1671-4587.

[4] TL16C552A Dual Asynchronous Communications ElementWith FIFO[EB].Texas Instruments Incorporated,1999.

[5] DEI1016 ARINC 429 Transceiver [M]. Device EngineeringInc, 2002.

[6] SMJ320F240 DSP CONTROLLER[ R].Texas InstrumentsIncorporated,2004.


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