機載任務記錄器中數據記錄器組件的設計與實現

朱孝政，馬江峰，何林遠

（1.海軍裝備部 陜西 西安 710043；2.空軍工程大學 工程學院，陜西 西安 710043）

事后評判是戰術對抗訓練中的重要環節，傳統的事后評判方法是分別下載各類機載任務數據，分別采用各自的數據分析工作站對訓練過程中所記錄的真實數據進行判讀，并人工對比各類事件和數據的時間和數值，給出對抗訓練結果。

但在實際使用中，由于飛機種類眾多，飛機上記錄的任務數據各不相同，且各類數據的時間基準也不一致，造成絕對時間不統一，給事后客觀評判帶來了很大困難。例如，在合同戰術訓練中，要給出一個客觀、準確的對抗評估結果，往往使用很多人力，花費幾周時間才能給出準確對抗結果。這已成為新形勢下合同戰術訓練中的瓶頸問題。

為此，設計了機載任務記錄器對多種任務數據進行綜合采集，統一時標、集中記錄的新方法，實現事后分析的快速、準確、客觀判讀。新研設備采用統一絕對時間，同步采集記錄視頻、音頻、及其他任務系統數據，嚴格保證了事后評判的客觀性和時間準確性。鑒于系統的龐大性和復雜性，文中僅介紹機載任務器中數據記錄組件的設計。

1 數據記錄組件的硬件設計

1.1 總體設計思想

數據記錄器組件完成系統的控制、數據處理、RS422數據接收和記錄。數據記錄器組件實現16路串口的收發，對其中的9路RS422串口信號進行分析、解析、加時間標簽后打包記錄；另外，1路RS422串口信號用于外部通信，4路RS422串口信號用于記錄模塊上保存的北京時間，1路RS422串口用于接收GPS數據，另有1路串口預留系統擴展。數據記錄器組件還預留了2路RS232接口，用于調試和擴展。數據記錄器組件還具備1路串行SATA接口，掛載一個8G的數據記錄電子盤。1路PATA接口，掛載一塊512M字節的FLASH盤，供系統軟件、應用軟件使用，數據記錄器組件的原理圖如圖1所示。

圖1 數據記錄器組件原理圖Fig.1 Schematic diagram of data logger component

1.2 硬件實現

1）處理器電路

主控模塊處理器采用德國控創公司的高效率嵌入式微處理模塊nanoETXexpress-SP，該產品具有如下特點：①接口兼容ETX標準；②CPU采用Intel公司的高效嵌入式處理器Intel@AtomTMZ510，主頻1.1 GHz，該CPU具有超低工作電壓（ULV），512 kByte cache，前端總線（FSB） 400 MHz等特點，內存最大支持1 GB（目前配置512 MB）；③集成64 MB顯存的顯示控制器；④具有豐富的外設接口，如圖2所示；⑤功耗較低（最大功耗7 W，待機功耗4.5 W）。

2）PCI-UART電路

由于主控模塊需要處理的RS422接口較多，而且要求達到的速度較高，只有使用速度較高的PCI總線接口的UART才能實現實時處理，經過查詢比較，選用市場上技術較成熟的EXAR公司的PCI接口的8路UART芯片XR17D158來實現，其功能框圖如圖3所示。

圖2 nano接口示意圖Fig.2 Schematic diagram of nano interface

圖3 XR17D158功能框圖Fig.3 Function diagram of XR17D158

另外的8路串口由TI公司的TMS320C2812擴展得到，其余2路RS232接口由nano模塊自帶。

2 數據記錄器組件的軟件實現

2.1 數據記錄器組件的功能需求

數據記錄器組件作為系統控制核心，主要完成下面7個功能。

1）獲取RTC時鐘時間，統一系統時間，并通過接收GPS信號對系統時間進行校正；

2）獲取狀態，解析后通過422接口發送工作狀態控制指令；

3）加載時區信息，為事后評估提供有效參考；

4）接收路任務數據，并寫入記錄存儲組件進行存儲，按照規定的格式形成記錄文件夾；

5）監控并記錄系統各組件運行狀態，生成系統日志文件，通過故障指示燈進行系統級報故；

6）能夠實現系統斷電時不丟失已記錄的文件；

7）每隔100 ms對接收的數據進行時間標記，形成time.bin時間包，在事后評估中為9路任務數據提供統一的時間依據。

2.2 數據記錄器組件的系統軟件

系統軟件VXWORKS操作系統、包括BIT測試程序、各功能驅動軟件及驅動軟件接口程序組成，完成如下功能：

1）以X86架構下的VXWORKS操作系統作為整個系統的核心軟件；

2）驅動軟件，包括：RS422驅動、PCIE—PCI轉換芯片驅動、雙口RAM驅動、網絡驅動、串口DL158驅動、硬件RTC驅動、硬件watchdog驅動、SATA驅動程序等；

3）BIT 測試程序，包括：啟動 BIT、周期 BIT（周期 10 s）；

2.3 數據記錄器組件的應用軟件

1）應用軟件流程圖

應用軟件主要完成系統的管理、通信及數據的傳輸、封裝、解析、存儲等功能。數據記錄器組件軟件流程圖如圖4所示。

圖4 數據記錄器組件軟件流程圖Fig.4 Flow chart of software component data recorder

系統軟件完成一些列初始化之后，執行存放于NANO Flash內部的腳本文件start.txt加載應用程序，應用程序的入口函數為 kgStart（ ）。

2）應用軟件主要內部函數

①kgStart（）：應用程序主函數。完成系統軟件剩余的初始化任務；獲取并統一系統時間；按格式要求建立正確的數據文件夾及文件；加載飛行信息以及時區信息（用于調整GPS時間到當地時間）；讀取波段開關狀態，給DCU發送控制指令；發起任務完成系統功能。

②timepackage（）：寫時間包函數。通過100 ms定時器精確計算系統時間，讀取9路任務數據的總量，按規定格式將時間和數據量信息寫入time.bin時間包。

③DataPro2（）：DSP接收的8路任務數據的寫盤函數。當雙口RAM中8個區域中有至少一個區域中數據量超過1 K或者超時3 s時，讀取雙口RAM中的8路數據，并寫入電子盤。

④DataPro1（）：處理來自XR17D158的信息。158芯片8個通道共享1個中斷，當有158的中斷到來時，遍歷8個通道，讀入數據并判斷、解析。第1、2個通道分別對應壓縮板1、2，第3個通道用于接收GPS數據，第4個通道用于和存儲校時模塊中斷DSP通信，第5個通道備用，第6個通道和數據采集器（DCU）通信，第7個通道用于和狀態控制器通信（即采集多波段開關狀態的DSP），第8個通道用于接收DK4數據。

⑤writeGpsTask（）：GPS數據寫盤函數。將GPS數據按照&GPRMC格式寫入電子盤，為地面回放工作站提供時間和位置參考。

⑥writeDk4Task（）：DK4數據寫盤函數。將唯一通過158擴展串口接收到的DK4數據寫入電子盤。

3 結束語

根據戰術訓練實際，對多路機載任務數據實現了同步記錄，按照統一時間標記和統一判讀規范進行各種類型數據的聯合分析判讀，快速準確的給出飛機自身飛行狀況、飛行員操作狀況、武器運用狀況、數據通信狀況和電子對抗狀況等信息，對作戰訓練效果評估意義重大。

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