基于Flexray總線的車載指揮控制任務(wù)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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2．1 處理器模塊
處理器模塊主要實(shí)現(xiàn)指揮控制計(jì)算機(jī)的內(nèi)部資源管理、接口控制、任務(wù)軟件執(zhí)行等功能。指揮控制計(jì)算機(jī)處理器模塊選用目前應(yīng)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(nèi)部集成有串口、計(jì)數(shù)器、中斷控制器、以太網(wǎng)接口、PCI橋等功能電路，單片性能達(dá)到了2310MIPS，縮小了系統(tǒng)體積，減輕了重量，降低了功耗。
為了保障系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，處理器模塊上設(shè)計(jì)了看門狗電路和訪問超時(shí)計(jì)時(shí)器電路。看門狗計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)設(shè)置和計(jì)時(shí)過程由獨(dú)立于軟件操作的硬件實(shí)現(xiàn)，而清除計(jì)時(shí)操作由受軟件控制的硬件完成?？撮T狗計(jì)時(shí)器電路在維護(hù)使能信號(hào)無效時(shí)自動(dòng)使能；在維護(hù)使能信號(hào)有效時(shí)自動(dòng)禁止，但此時(shí)可用軟件操作來使能。當(dāng)看門狗計(jì)時(shí)器輸出觸發(fā)時(shí)將引起中斷或復(fù)位。訪問超時(shí)計(jì)時(shí)器電路用于報(bào)告并恢復(fù)處理器訪問計(jì)算機(jī)資源過程中的總線周期超時(shí)故障。當(dāng)處理器訪問周期超過預(yù)先設(shè)定的門限時(shí)，即發(fā)生總線周期超時(shí)故障，該電路可產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，同時(shí)結(jié)束當(dāng)前訪問操作。
2．2 接口模塊
接口模塊完成和外圍設(shè)備進(jìn)行通訊并完成數(shù)據(jù)交換的功能。接口設(shè)備包括USB接口，用于控制鼠標(biāo)、鍵盤等外圍接口設(shè)備，RS422接口用于和指令發(fā)射機(jī)、圖像接收機(jī)等外部系統(tǒng)進(jìn)行交聯(lián)。
2．3 顯示模塊
顯示模塊主要完成復(fù)合視頻的解碼、切換、疊加、壓縮及傳輸?shù)墓δ?。根?jù)CPCI總線傳輸?shù)闹噶顚?duì)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總線上；接收CPCI傳輸?shù)闹噶詈蛿?shù)據(jù)，生成儀表和參數(shù)等畫面，輸出LVDS顯示信號(hào)來驅(qū)動(dòng)顯示屏。
2．4 通信模塊
通信模塊主要實(shí)現(xiàn)指揮控制計(jì)算機(jī)與車載電子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。以FlexRay總線作為互連和數(shù)據(jù)傳送的方式，這樣既有利于實(shí)現(xiàn)指揮控制計(jì)算機(jī)軟硬件的通用化、模塊化，同時(shí)有利于軟件升級(jí)和系統(tǒng)擴(kuò)展，顯著提高軟硬件的可擴(kuò)展性。
FlexRay是一種新型的高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)的CAN總線相比，F(xiàn)lexRay在通信速率、確定性、可靠性等多方面都有著更為優(yōu)越的性能，具有靈活的使用方式，支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，負(fù)載率高，提供冗余機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)。FlexRay總線與CAN總線相比具有以下優(yōu)勢(shì)：
(1)傳輸速率高。單通道可達(dá)10Mbps，雙通道高達(dá)20Mbps；CAN總線傳輸速率最高僅1 Mbps。
(2)支持雙通道。雙通道可單獨(dú)運(yùn)行、并行運(yùn)行或冗余運(yùn)行；CAN只有一個(gè)通道，無冗余。
(3)支持最大數(shù)據(jù)幀長254字節(jié)；CAN總線支持最長數(shù)據(jù)幀僅8字節(jié)。
(4)MAC(Media Access Control)層采用TDMA(時(shí)分多路)方式，數(shù)據(jù)通信具有確定性；而CAN總線采用帶優(yōu)先級(jí)的CSMA／CA(沖突避免多路訪問方式)，無法保證通信確定性。
(5)支持星型、總線型、混合型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
FlexRay網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議主要體現(xiàn)在4個(gè)核心機(jī)制上：編碼與解碼、數(shù)據(jù)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(jī)接口為實(shí)現(xiàn)這些機(jī)制提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。FlexRay數(shù)據(jù)幀由幀頭部分、有效數(shù)據(jù)部分、幀尾部分組成。幀頭部分由5個(gè)字節(jié)組成，包括保留位、數(shù)據(jù)指示位、空幀指示位、同步幀指示位、幀ID、有效數(shù)據(jù)長度、頭部循環(huán)校驗(yàn)CRC位和循環(huán)計(jì)數(shù)位；幀尾部分只含有單個(gè)的數(shù)據(jù)域，即一個(gè)24位的CRC(循環(huán)冗余)校驗(yàn)碼。
主處理器把要發(fā)送到總線上的數(shù)據(jù)存入發(fā)送FlexRay消息緩沖器中，通過媒體接入控制，CRC校驗(yàn)碼封裝成符合FlexRay協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，再經(jīng)過總線驅(qū)動(dòng)器編碼送到總線上；同樣，總線上的數(shù)據(jù)經(jīng)過總線驅(qū)動(dòng)器解碼，數(shù)據(jù)幀被送到控制器中，通過幀ID過濾校驗(yàn)和循環(huán)計(jì)算校驗(yàn)，存入相應(yīng)的消息緩沖器中。
2．5 電源模塊
電源模塊將供電系統(tǒng)提供的直流28V供電變換成計(jì)算機(jī)所需的各類電源；具有過流、短路保護(hù)功能，故障排除后輸出自動(dòng)恢復(fù)等功能；具有過壓保護(hù)功能；具有過熱保護(hù)功能。電源電壓監(jiān)控：此外電源模塊還具有在線監(jiān)控功能。28V輸入電壓和+15V、-15V、+5V輸出電壓監(jiān)控。
3 指揮控制計(jì)算機(jī)的軟件設(shè)計(jì)
指揮控制計(jì)算機(jī)的軟件主要駐留在處理器模塊上，分為系統(tǒng)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(jié)構(gòu)如圖2所示。
指揮控制計(jì)算機(jī)工作模式分為4種：實(shí)時(shí)模式、 監(jiān)控模式、在線編程模式、調(diào)試模式。實(shí)時(shí)模式下指揮控制計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)調(diào)度下運(yùn)行實(shí)時(shí)任務(wù)軟件；監(jiān)控模式下指揮控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行監(jiān)控軟件，可啟動(dòng)測(cè)試軟件對(duì)硬件資源逐一進(jìn)行測(cè)試；在線編程模式下指揮控制計(jì)算機(jī)可對(duì)其FLASH存儲(chǔ)器中固化的程序進(jìn)行更新；調(diào)試模式下指揮控制計(jì)算機(jī)可與宿主機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)，在調(diào)試代理的支持下進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)調(diào)試。指揮控制計(jì)算機(jī)工作模式選擇流程及啟動(dòng)過程見圖3所示。
實(shí)時(shí)任務(wù)執(zhí)行軟件包括通訊管理軟件、數(shù)據(jù)通訊管理軟件、天線伺服系統(tǒng)模擬輸入／輸出管理、圖像數(shù)據(jù)處理軟件和FLASH電子盤記錄管理軟件等功能。軟件的調(diào)度流程見圖4所示。
評(píng)論