机载任务记录器中数据记录器组件的设计与实现

摘要：随着现代空战训练的转型，对机载任务记录系统所记录数据的多样性和全面性，记录数据的时间同步性和一致性有了很高的要求。为此，在新型机载任务记录仪设计研发中，采用统一的时间标准，同步记录多路任务数据，严格保证了事后评判的客观性和时间准确性。
关键词：事后评判；任务记录；VXWORKS；SATA；RS422

    事后评判是战术对抗训练中的重要环节，传统的事后评判方法是分别下载各类机载任务数据，分别采用各自的数据分析工作站对训练过程中所记录的真实数据进行判读，并人工对比各类事件和数据的时间和数值，给出对抗训练结果。
    但在实际使用中，由于飞机种类众多，飞机上记录的任务数据各不相同，且各类数据的时间基准也不一致，造成绝对时间不统一，给事后客观评判带来了很大困难。例如，在合同战术训练中，要给出一个客观、准确的对抗评估结果，往往使用很多人力，花费几周时间才能给出准确对抗结果。这已成为新形势下合同战术训练中的瓶颈问题。
    为此，设计了机载任务记录器对多种任务数据进行综合采集，统一时标、集中记录的新方法，实现事后分析的快速、准确、客观判读。新研设备采用统一绝对时间，同步采集记录视频、音频、及其他任务系统数据，严格保证了事后评判的客观性和时间准确性。鉴于系统的庞大性和复杂性，文中仅介绍机载任务器中数据记录组件的设计。

1 数据记录组件的硬件设计
1．1 总体设计思想
    数据记录器组件完成系统的控制、数据处理、RS422数据接收和记录。数据记录器组件实现16路串口的收发，对其中的9路RS422串口信号进行分析、解析、加时间标签后打包记录；另外，1路RS422串口信号用于外部通信，4路RS422串口信号用于记录模块上保存的北京时间，1路RS422串口用于接收GPS数据，另有1路串口预留系统扩展。数据记录器组件还预留了2路RS232接口，用于调试和扩展。数据记录器组件还具备1路串行SATA接口，挂载一个8G的数据记录电子盘。1路PATA接口，挂载一块512M字节的FLASH盘，供系统软件、应用软件使用，数据记录器组件的原理图如图1所示。

1．2 硬件实现
    1)处理器电路
    主控模块处理器采用德国控创公司的高效率嵌入式微处理模块nanoETXexpress-SP，该产品具有如下特点：①接口兼容ETX标准；②CPU采用Intel公司的高效嵌入式处理器Intel@AtomZ510，主频1．1 GHz，该CPU具有超低工作电压(ULV)，512 kByte cache，前端总线(FSB)400 MHz等特点，内存最大支持1 GB(目前配置512 MB)；③集成64 MB显存的显示控制器；④具有丰富的外设接口，如图2所示；⑤功耗较低(最大功耗7 W，待机功耗4．5 W)。

    2)PCI-UART电路
    由于主控模块需要处理的RS422接口较多，而且要求达到的速度较高，只有使用速度较高的PCI总线接口的UART才能实现实时处理，经过查询比较，选用市场上技术较成熟的EXAR公司的PCI接口的8路UART芯片XR17D158来实现，其功能框图如图3所示。

    另外的8路串口由TI公司的TMS320C2812扩展得到，其余2路RS232接口由nano模块自带。

2 数据记录器组件的软件实现
2．1 数据记录器组件的功能需求
    数据记录器组件作为系统控制核心，主要完成下面7个功能。
    1)获取RTC时钟时间，统一系统时间，并通过接收GPS信号对系统时间进行校正；
    2)获取状态，解析后通过422接口发送工作状态控制指令；
    3)加载时区信息，为事后评估提供有效参考；
    4)接收路任务数据，并写入记录存储组件进行存储，按照规定的格式形成记录文件夹；
    5)监控并记录系统各组件运行状态，生成系统日志文件，通过故障指示灯进行系统级报故；
    6)能够实现系统断电时不丢失已记录的文件；
    7)每隔100 ms对接收的数据进行时间标记，形成time．bin时间包，在事后评估中为9路任务数据提供统一的时间依据。
2．2 数据记录器组件的系统软件
    系统软件VXWORKS捌作系统、包括BIT测试程序、各功能驱动软件及驱动软件接口程序组成，完成如下功能：
    1)以X86架构下的VXWORKS操作系统作为整个系统的核心软件；
    2)驱动软件，包括：RS422驱动、PCIE-PCI转换芯片驱动、双口RAM驱动、网络驱动、串口DL158驱动、硬件RTC驱动、硬件watchdog驱动、SATA驱动程序等；
    3)BIT测试程序，包括：启动BIT、周期BIT(周期10 s)；
2．3 数据记录器组件的应用软件
    1)应用软件流程图
    应用软件主要完成系统的管理、通信及数据的传输、封装、解析、存储等功能。数据记录器组件软件流程图如图4所示。

    系统软件完成一些列初始化之后，执行存放于NANOHash内部的脚本文件Start．txt加载应用程序，应用程序的入口函数为kgStart()。
    2)应用软件主要内部函数
    ①kgStart()：应用程序主函数。完成系统软件剩余的初始化任务；获取并统一系统时间；按格式要求建立正确的数据文件夹及文件；加载飞行信息以及时区信息(用于调整GPS时间到当地时间)；读取波段开关状态，给DCU发送控制指令；发起任务完成系统功能。
    ②timepackage()：写时间包函数。通过100 ms定时器精确计算系统时间，读取9路任务数据的总量，按规定格式将时间和数据量信息写入time．bin时间包。
    ③DataPro2()：DSP接收的8路任务数据的写盘函数。当双口RAM中8个区域中有至少一个区域中数据量超过1 K或者超时3 s时，读取双口RAM中的8路数据，并写入电子盘。
    ④DataProl()：处理来自XR17D158的信息。158芯片8个通道共享1个中断，当有158的中断到来时，遍历8个通道，读入数据并判断、解析。第1、2个通道分别对应压缩板1、2，第3个通道用于接收GPS数据，第4个通道用于和存储校时模块中断DSP通信，第5个通道备用，第6个通道和数据采集器(DCU)通信，第7个通道用于和状态控制器通信(即采集多波段开关状态的DSP)，第8个通道用于接收DK4数据。
    ⑤writeGpsTask()：GPS数据写盘函数。将GPS数据按照&GPRMC格式写入电子盘，为地面回放工作站提供时间和位置参考。
    ⑥writeDk4Task()：DK4数据写盘函数。将唯一通过158扩展串口接收到的DK4数据写入电子盘。

3 结束语
    根据战术训练实际，对多路机载任务数据实现了同步记录，按照统一时间标记和统一判读规范进行各种类型数据的联合分析判读，快速准确的给出飞机自身飞行状况、飞行员操作状况、武器运用状况、数据通信状况和电子对抗状况等信息，对作战训练效果评估意义重大。