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模塊化和柔性化的機載數據記錄系統設計的研究論文
數據記錄系統在現代工業(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，高速大容量機載數據記錄系統在航空航天領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，這也對機載設備和雷達遙測設備提出越來(lái)越高的要求.記錄系統不僅要保證數據的可靠性和安全性，還要適應高速、低溫、低壓、高沖擊的飛行環(huán)境.目前的數據記錄系統能夠滿(mǎn)足機載環(huán)境，并具備微體積和微功耗的特點(diǎn)。
機載記錄環(huán)境中，包括圖像信號、視頻信號、模擬信號、數字信號等多種數據類(lèi)型的信號.當被測信號的通道個(gè)數或容量發(fā)生變化，例如增加被測信號的數據通道或某通道的數據容量變大時(shí)，記錄系統無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要重新設計開(kāi)發(fā)，這不僅增加工作量而且降低使用效率，記錄系統不能靈活地適應實(shí)際中遇到的新問(wèn)題.
機載數據記錄系統滿(mǎn)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(kāi)設計，實(shí)現模塊化管理，以插卡的形式與基板連接;在實(shí)現現有數據存儲的基礎上，提供擴展插槽，解決實(shí)測中因為被測信號的種類(lèi)或容量發(fā)生變化時(shí)記錄系統無(wú)法適應的問(wèn)題，構建柔性化，習的系統，根據實(shí)際需要靈活擴展接口或存儲模塊，增強記錄系統的靈活性和通用性.
1柔性化系統構建
1. 1機載數據記錄要求
機載數據記錄系統要求完整、準確、實(shí)時(shí)地采集和存儲機載設備的關(guān)鍵數據.
1. 2柔性化系統的功能及組成
記錄系統將各路數據的接口模塊和存儲模塊分開(kāi)設計，接口模塊由相對應存儲模塊上的FPUA控制啟動(dòng)工作，兩者以插卡的形式與基板連接，構成獨立的傳輸通道.各通道由基板的中央邏輯控制模塊統籌規劃，發(fā)送命令，完成數據的記錄存儲，通過(guò)上位機控制實(shí)現數據記錄系統的啟動(dòng)、讀數、擦除等操作.通過(guò)USB讀數接口與上位機連接實(shí)現數據傳輸.
在滿(mǎn)足系統存儲要求的基礎上，數據記錄系統提供一個(gè)通用型的接口擴展插槽以及與之對應的存儲擴展插槽，存儲擴展插槽的容量由插入的接口板確定.擴展插槽設計為通用型，集合現有接口模塊和存儲模塊的控制信號，將所有的控制信號設計在插槽上，用戶(hù)根據需求按照使用規范和通信協(xié)議，插入與現有模塊接口信號一致的接口卡以及與之對應的存儲板，實(shí)現更多通道的數據記錄.柔性化系統的構建方法增強了記錄系統使用的靈活性和通用性.
另外，如果記錄系統的數據容量或傳輸速率發(fā)生變化時(shí)，可以將現用存儲板撤去替換為容量較大的存儲板，此時(shí)的存儲板在滿(mǎn)足容量和速率要求的同時(shí)，要保持與原來(lái)接口板對應的控制信號和數據信號一致，才能保證通道的正常通信.
柔性化的系統構建，需要在記錄系統開(kāi)始工作之前，對基板的各模塊進(jìn)行檢測，確定系統中記錄模塊的個(gè)數，基板檢測模塊通過(guò)連接握手的方式，進(jìn)行檢測與判斷.
2模塊化系統組成
2. 1存儲模塊
根據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(xiàn)操作即可滿(mǎn)足要求，大容量存儲模塊采取流水線(xiàn)操作和并行擴展技術(shù)分別從橫向和縱向實(shí)現存儲要求.
大容量存儲單元采用16片K9WBU08U1M搭建4X4存儲陣列，存儲容量達到4X4X4=64UB.采用流水線(xiàn)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到160MB/ s，滿(mǎn)足指標要求.
在FPUA內部建立FIF模塊實(shí)現數據緩存與位數轉換.橫向進(jìn)行位擴展的4片Flash擁有相同的片選信號和不同的數據通道，擴展為32位數據線(xiàn);縱向進(jìn)行流水線(xiàn)操作的4片Flash擁有不同的片選信號和相同的數據通道.
3系統測試與分析
3. 1模塊化測試與分析系統工作時(shí)，首先確認上位機與下位機接口線(xiàn)連接無(wú)誤，然后上位機發(fā)送啟動(dòng)命令，進(jìn)行初始化操作.初始化結束后基板發(fā)送信號進(jìn)行檢測，工作時(shí)基板作為中央邏輯控制單元控制各個(gè)模塊，記錄系統采用模塊化設計，接口模塊由存儲板上的FPUA控制啟動(dòng)接收數據，并進(jìn)行存儲，事后回讀分析RS422和模擬量的回讀數據。模塊化的管理方法，能夠滿(mǎn)足記錄系統的存儲要求，實(shí)現各通道的實(shí)時(shí)存儲.
3. 2柔性化測試與分析
系統設計接口擴展插槽和存儲擴展插槽，可根據需求插入接口板，將擴展的接口模塊經(jīng)內部轉換設計為與己知接口模塊具有相同控制信號的模塊，插入對應存儲板實(shí)現擴展功能.柔性化的構建，有利記錄更多通道的數據，體現了記錄系統的靈活性，使用便捷.
3. 3現場(chǎng)試驗測試與分析
某次飛行試驗中，對系統功能進(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. 經(jīng)過(guò)多次現場(chǎng)試驗驗證，將系統實(shí)測數據分析對比，驗證了記錄系統具有較高的可靠性.
4結論
采用模塊化和柔性化思想設計的以基板為中央邏輯控制的插槽式記錄系統，滿(mǎn)足機載設備數據源和容量的變化情況，增加擴展模塊，使記錄系統更具靈活性和通用性.系統滿(mǎn)足機載設備的環(huán)境條件和要求指標，可靠性高、控制簡(jiǎn)單，適合容量大和實(shí)時(shí)性要求比較高的機載設備系統，同時(shí)柔性化的靈活設計可以進(jìn)一步擴展到車(chē)輛、船舶等其他領(lǐng)域.
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