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機載飛行參數系統和相關處理設備在地勤維護、飛行事故處理和飛行質量評估等方面發揮重要的作用。現在隨著飛參設備使用頻率增加，飛參數據卸載設備型號多、體積大、故障率高已經開始影響飛參的正常使用。 嵌入式技術的出現給開發和設計具有小型化、通用化、快速化和可靠性高的新型飛參卸載設備創造有利的技術條件。利用嵌入式技術可以提高飛參使用效率；通過簡化操作步驟，采用與飛參地面處理相結合，飛參卸載變得更加便捷，設備可靠性大大增強。 1 嵌入式系統 嵌入式系統把計算機直接嵌入到應用系統中，融合了計算機軟件、硬件、通信和半導體技術，是信息技術的終端產品[1]。嵌入式系統是由嵌入式處理器、操作系統和應用軟件組成。形象地說，嵌入式系統采用“量體裁衣”的方法把所需的功能嵌入到各種應用系統中，其硬件和軟件都可以根據需要定制和集成。隨著應用形式的不同，可有IP（International Property）級、芯片級和模塊級三種體系結構[2]。 IP 級把不同單元進行集成，各種嵌入式軟件也以IP的方式集成在芯片中；芯片級是根據各種IT產品的要求，選用相應的處理器芯片（含MCU、DSP、RISC和MPU）、RAM、ROM/ EPROM/ EEPROM/Flash和I/O接口芯片組成操作系統，系統軟件也以固件形式固化在磁盤中；模塊級以X86為處理器構成系統模塊。Smart Core 是以Am486為內核的嵌入式CPU，完全兼容X86的指令集，具有32位、低功耗等特點，又稱為E86體系[3]。Smart Core功能框圖如圖1所示。 2 總體設計 手持式通用飛參快速卸載器是依托飛機裝備的飛行參數系統，采用目前先進的嵌入式技術進行開發，重點實現飛參卸載設備的小型化、通用化、和性能高的特點。根據不同型號飛參的數據卸載協議、接口電路、通訊方式和數據記錄方式的不同，采用了Smart Core嵌入式技術，根據一線使用的實際情況，在原有設備的基礎上增加了數據預處理、數據備份、數據糾錯等功能。 圖1 Smart core功能框圖 2.1 系統組成 軟件部分是在DOS 操作平臺下開發的應用程序，包括數據卸載軟件、用戶交互軟件、LE屏顯示和控制程序、硬件驅動程序以及其它輔助程序，采用DOS平臺考慮到采用I/O口讀取12位并行碼，由于Windows系統采用多任務、多線程機制，實際輸出的脈沖幾乎無法捕捉到，不能實時檢測到12位并行碼。而操作系統采用DOS，則可以實時檢測到12位并行碼，以P -300微機為例,用C語言中的inportb函數反復讀取就可以滿足要求。 硬件由Smart Core小系統、矩陣鍵盤管理系統、擴展電路和外設組成。Smart Core小系統是硬件核心部分，是手持式飛參數據卸載設備的CPU，它以DL公司的Smart Core模塊為主，配合相應的擴展電路組成。在該系統中擴展了數據存儲卡、16M SDRAM、2個標準串口和ISA總線接口。在ISA總線基礎上又擴展了2M Flash、鍵盤接口、并行口、顯示屏和符合SDLC協議的串口。矩陣鍵盤管理系統由89C51單片機、外圍電路和程序組成，用于管理矩陣鍵盤、將矩陣鍵盤轉換為PC機標準PS2格式。該設備的外設為薄膜式按鍵和圖形點陣式液晶顯示器。 系統采用大規模可編程邏輯器件、自編字庫、信息編排等技術，擴展了ISA用戶總線結構，通過該總線連接鍵盤、顯示屏、CF卡驅動器和卸載接口等外部設備。 2.2 系統原理框圖 系統原理框圖如圖2所示。 圖2 系統原理框圖 2.3軟件主要功能 卸載器軟件具有數據卸載、通道校驗、履歷設置、飛參自檢、本機自檢等基礎功能。 2.3.1具備飛參地面站預處理軟件的功能，包括：數據格式轉換、履歷信息提煉、數據解壓縮等，實現了數據卸載、預處理一體化，簡化了地面數據卸載和預處理操作，解決了數據轉錄的瓶頸問題。 2.3.2增加了數據備份功能，在卸載數據的同時可將其備份到數據存儲卡中，實現了飛參數據的雙重備份。 2.3.3提供了“數據導出”功能，保證卸載器在離位狀態下，可根據現場需要，將指定數據導出。 3 技術難點及解決特殊技術 3.1 嵌入式開發平臺的底層驅動 系統采用先進的Smart core作為開發平臺，Smart core開發出的手持式設備具有體積小、重量輕、功能強、功耗低、溫度范圍寬和穩定性高的優點[4]。與其他嵌入式開發平臺相比，Smart core更為突出的優點是擴展CF卡和DOC比較方便。但以Smart core為核心的嵌入式技術是一項全新的技術，開發技術難度較大。在系統設計過程中，首先要從Smart core擴展出符合ISA規范的用戶擴展總線，這條用戶擴展總線是連接Smart core及SDLC通訊協議接口、顯示接口、鍵盤接口和DOC接口的紐帶。系統采用大規模可編程邏輯器件CPLD，擴展出了符合ISA規范的用戶擴展總線。 3.2 產品的通用化設計 現役國產飛參系列和型號多，每個型號飛參的記錄方式、數據記錄格式、卸載模式各不相同，卸載器彼此不通用。通過對各型機載飛參設備進行測試、研究，設計出可自動識別飛參型號的軟件自適應接口和可進行一體化卸載數據的通用轉換電路，解決了同一卸載器不能卸載不同型號飛參數據的難題。 3.3 數據卸載及處理的快速化設計 原飛參卸載器是將機載飛參數據直接拷貝下來，不具備數據預處理功能，飛參數據必須由專業人員帶回飛參處理室，利用專用軟件進行解壓、還原后，才能進行分析。根據有關規定，飛行日當天必須卸載飛參數據后進行處理，如果按照日出動15架飛機，每架飛機飛行5個起落計算，數據從卸載到處理結束，需要14個小時。 該卸載器采用數據同步預處理技術，按照地面處理軟件接口的要求，在數據卸載的同時，完成數據格式轉換、履歷信息提煉和數據解壓縮等預處理工作，保證錄入到地面處理系統的數據可直接分析，利用該設備，從數據卸載開始至處理結束，僅用1小時。 3.4 手持設備的抗干擾技術 系統硬件組成復雜，結構緊湊。系統集成和電路交叉連接產生的空間輻射干擾、外接電源干擾等問題比較突出，為了保證系統的穩定性和可靠性，本系統采用了以下抗干擾技術： 3.4.1采用一點接地技術，選擇殼體的接地點作為系統的參考“地點”與飛機殼體相連，其它電路的接地點都與該點相連。 3.4.2采用綜合屏蔽技術，減小電磁波的輻射干擾。殼體在設計加工時，采用進口鋁材作為原材料，并進行了表面導電陽極化處理，搭鐵電阻小，減小了元器件間的輻射干擾。 3.4.3使用軟件抗干擾技術，采取數字濾波、指令冗余、標志判斷等措施提高系統的穩定性，消除程序可能發生的彈飛、進入死循環或死機狀態。 4 結束語 目前，該設備已在多個單位得到成功推廣。按現在飛機與卸載器配置比例計算，使用該設備后，可節約經費上千萬元，每年還可節約維修費用近百萬元。一線使用證明，該設備設計新穎，技術獨特，攜帶方便，操作簡單，為飛參專業發展開辟了一條嶄新的途徑，提高快速保障能力，具有明顯的軍事和經濟效益。 |
