模塊化和柔性化的機載數據記錄系統設計的研究論文

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生產和航空航天事業中的需求日漸突出，伴隨我國航空航天和遙感技術的飛速發展，高速大容量機載數據記錄系統在航空航天領域中發揮重要作用，這也對機載設備和雷達遙測設備提出越來越高的要求.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、高沖擊的飛行環境.目前的數據記錄系統能夠滿足機載環境，并具備微體積和微功耗的特點。

　　機載記錄環境中，包括圖像信號、視頻信號、模擬信號、數字信號等多種數據類型的信號.當被測信號的通道個數或容量發生變化，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，記錄系統無法滿足要求，需要重新設計開發，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際中遇到的新問題.

　　機載數據記錄系統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計，實現模塊化管理，以插卡的形式與基板連接;在實現現有數據存儲的基礎上，提供擴展插槽，解決實測中因為被測信號的種類或容量發生變化時記錄系統無法適應的問題，構建柔性化，習的系統，根據實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、實時地采集和存儲機載設備的關鍵數據.

　　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設計，接口模塊由相對應存儲模塊上的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，發送命令，完成數據的記錄存儲，通過上位機控制實現數據記錄系統的啟動、讀數、擦除等操作.通過USB讀數接口與上位機連接實現數據傳輸.

　　在滿足系統存儲要求的基礎上，數據記錄系統提供一個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，用戶根據需求按照使用規范和通信協議，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生變化時，可以將現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，需要在記錄系統開始工作之前，對基板的各模塊進行檢測，確定系統中記錄模塊的個數，基板檢測模塊通過連接握手的方式，進行檢測與判斷.

　　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展技術分別從橫向和縱向實現存儲要求.

　　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.采用流水線技術，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，滿足指標要求.

　　在FPUA內部建立FIF模塊實現數據緩存與位數轉換.橫向進行位擴展的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;縱向進行流水線操作的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，首先確認上位機與下位機接口線連接無誤，然后上位機發送啟動命令，進行初始化操作.初始化結束后基板發送信號進行檢測，工作時基板作為中央邏輯控制單元控制各個模塊，記錄系統采用模塊化設計，接口模塊由存儲板上的FPUA控制啟動接收數據，并進行存儲，事后回讀分析RS422和模擬量的回讀數據。模塊化的管理方法，能夠滿足記錄系統的存儲要求，實現各通道的實時存儲.

　　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現場試驗測試與分析

　　某次飛行試驗中，對系統功能進行檢驗測試，事后進行回讀分析，經上位機軟件回讀后的數. 經過多次現場試驗驗證，將系統實測數據分析對比，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.系統滿足機載設備的環境條件和要求指標，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備系統，同時柔性化的靈活設計可以進一步擴展到車輛、船舶等其他領域.

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