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模塊化和柔性化的機載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)設(shè)計的研究論文
數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和航空航天事業(yè)中的需求日漸突出，伴隨我國航空航天和遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，高速大容量機載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，這也對機載設(shè)備和雷達(dá)遙測設(shè)備提出越來越高的要求.記錄系統(tǒng)不僅要保證數(shù)據(jù)的可靠性和安全性，還要適應(yīng)高速、低溫、低壓、高沖擊的飛行環(huán)境.目前的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)能夠滿足機載環(huán)境，并具備微體積和微功耗的特點。
機載記錄環(huán)境中，包括圖像信號、視頻信號、模擬信號、數(shù)字信號等多種數(shù)據(jù)類型的信號.當(dāng)被測信號的通道個數(shù)或容量發(fā)生變化，例如增加被測信號的數(shù)據(jù)通道或某通道的數(shù)據(jù)容量變大時，記錄系統(tǒng)無法滿足要求，需要重新設(shè)計開發(fā)，這不僅增加工作量而且降低使用效率，記錄系統(tǒng)不能靈活地適應(yīng)實際中遇到的新問題.
機載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)滿足飛行試驗中典型信號的記錄，各通道的接口與存儲模塊分開設(shè)計，實現(xiàn)模塊化管理，以插卡的形式與基板連接;在實現(xiàn)現(xiàn)有數(shù)據(jù)存儲的基礎(chǔ)上，提供擴(kuò)展插槽，解決實測中因為被測信號的種類或容量發(fā)生變化時記錄系統(tǒng)無法適應(yīng)的問題，構(gòu)建柔性化，習(xí)的系統(tǒng)，根據(jù)實際需要靈活擴(kuò)展接口或存儲模塊，增強記錄系統(tǒng)的靈活性和通用性.
1柔性化系統(tǒng)構(gòu)建
1. 1機載數(shù)據(jù)記錄要求
機載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)要求完整、準(zhǔn)確、實時地采集和存儲機載設(shè)備的關(guān)鍵數(shù)據(jù).
1. 2柔性化系統(tǒng)的功能及組成
記錄系統(tǒng)將各路數(shù)據(jù)的接口模塊和存儲模塊分開設(shè)計，接口模塊由相對應(yīng)存儲模塊上的FPUA控制啟動工作，兩者以插卡的形式與基板連接，構(gòu)成獨立的傳輸通道.各通道由基板的中央邏輯控制模塊統(tǒng)籌規(guī)劃，發(fā)送命令，完成數(shù)據(jù)的記錄存儲，通過上位機控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的啟動、讀數(shù)、擦除等操作.通過USB讀數(shù)接口與上位機連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸.
在滿足系統(tǒng)存儲要求的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)提供一個通用型的接口擴(kuò)展插槽以及與之對應(yīng)的存儲擴(kuò)展插槽，存儲擴(kuò)展插槽的容量由插入的接口板確定.擴(kuò)展插槽設(shè)計為通用型，集合現(xiàn)有接口模塊和存儲模塊的控制信號，將所有的控制信號設(shè)計在插槽上，用戶根據(jù)需求按照使用規(guī)范和通信協(xié)議，插入與現(xiàn)有模塊接口信號一致的接口卡以及與之對應(yīng)的存儲板，實現(xiàn)更多通道的數(shù)據(jù)記錄.柔性化系統(tǒng)的構(gòu)建方法增強了記錄系統(tǒng)使用的靈活性和通用性.
另外，如果記錄系統(tǒng)的數(shù)據(jù)容量或傳輸速率發(fā)生變化時，可以將現(xiàn)用存儲板撤去替換為容量較大的存儲板，此時的存儲板在滿足容量和速率要求的同時，要保持與原來接口板對應(yīng)的控制信號和數(shù)據(jù)信號一致，才能保證通道的正常通信.
柔性化的系統(tǒng)構(gòu)建，需要在記錄系統(tǒng)開始工作之前，對基板的各模塊進(jìn)行檢測，確定系統(tǒng)中記錄模塊的個數(shù)，基板檢測模塊通過連接握手的方式，進(jìn)行檢測與判斷.
2模塊化系統(tǒng)組成
2. 1存儲模塊
根據(jù)存儲容量和存儲速度要求，存儲模塊分為小容量存儲和大容量存儲兩部分，小容量存儲模塊采用流水線操作即可滿足要求，大容量存儲模塊采取流水線操作和并行擴(kuò)展技術(shù)分別從橫向和縱向?qū)崿F(xiàn)存儲要求.
大容量存儲單元采用16片K9WBU08U1M搭建4X4存儲陣列，存儲容量達(dá)到4X4X4=64UB.采用流水線技術(shù)，最大限度提高Flash芯片的存儲速度，每組16UB存儲單元的最快存儲速率為40MB/s, 4組Flash并行操作速率理論上可達(dá)到160MB/ s，滿足指標(biāo)要求.
在FPUA內(nèi)部建立FIF模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩存與位數(shù)轉(zhuǎn)換.橫向進(jìn)行位擴(kuò)展的4片F(xiàn)lash擁有相同的片選信號和不同的數(shù)據(jù)通道，擴(kuò)展為32位數(shù)據(jù)線;縱向進(jìn)行流水線操作的4片F(xiàn)lash擁有不同的片選信號和相同的數(shù)據(jù)通道.
3系統(tǒng)測試與分析
3. 1模塊化測試與分析系統(tǒng)工作時，首先確認(rèn)上位機與下位機接口線連接無誤，然后上位機發(fā)送啟動命令，進(jìn)行初始化操作.初始化結(jié)束后基板發(fā)送信號進(jìn)行檢測，工作時基板作為中央邏輯控制單元控制各個模塊，記錄系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，接口模塊由存儲板上的FPUA控制啟動接收數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲，事后回讀分析RS422和模擬量的回讀數(shù)據(jù)。模塊化的管理方法，能夠滿足記錄系統(tǒng)的存儲要求，實現(xiàn)各通道的實時存儲.
3. 2柔性化測試與分析
系統(tǒng)設(shè)計接口擴(kuò)展插槽和存儲擴(kuò)展插槽，可根據(jù)需求插入接口板，將擴(kuò)展的接口模塊經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換設(shè)計為與己知接口模塊具有相同控制信號的模塊，插入對應(yīng)存儲板實現(xiàn)擴(kuò)展功能.柔性化的構(gòu)建，有利記錄更多通道的數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了記錄系統(tǒng)的靈活性，使用便捷.
3. 3現(xiàn)場試驗測試與分析
某次飛行試驗中，對系統(tǒng)功能進(jìn)行檢驗測試，事后進(jìn)行回讀分析，經(jīng)上位機軟件回讀后的數(shù). 經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗驗證，將系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)分析對比，驗證了記錄系統(tǒng)具有較高的可靠性.
4結(jié)論
采用模塊化和柔性化思想設(shè)計的以基板為中央邏輯控制的插槽式記錄系統(tǒng)，滿足機載設(shè)備數(shù)據(jù)源和容量的變化情況，增加擴(kuò)展模塊，使記錄系統(tǒng)更具靈活性和通用性.系統(tǒng)滿足機載設(shè)備的環(huán)境條件和要求指標(biāo)，可靠性高、控制簡單，適合容量大和實時性要求比較高的機載設(shè)備系統(tǒng)，同時柔性化的靈活設(shè)計可以進(jìn)一步擴(kuò)展到車輛、船舶等其他領(lǐng)域.
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