汪慧敏，王明惠

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009)

隨著飛行器技術(shù)的發(fā)展，對(duì)飛行控制軟件(以下簡(jiǎn)稱飛控軟件)提出更高的要求，不僅要求解算速度快，且處理的控制算法也越來(lái)越復(fù)雜，使得計(jì)算量變大，占用了大量的時(shí)間，造成飛控軟件機(jī)時(shí)緊張，不滿足時(shí)間余量20%的要求［1］。一個(gè)DSP 的計(jì)算控制能力已經(jīng)不能滿足型號(hào)研制需求，綜合考慮多種方案，就技術(shù)的成熟性、可行性及型號(hào)研制周期考慮，在計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力沒有足夠裕量的條件下采用雙DSP方案，即采用2 塊DSP 芯片。雙DSP 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以通過計(jì)算能力的均勻分布，使系統(tǒng)具有較好的冗余能力、更快的處理速度、模塊化的體系結(jié)構(gòu)［2］。

1 方案設(shè)計(jì)

雙DSP 方案選用型號(hào)研制中已經(jīng)成熟應(yīng)用的DSP 作為處理器，采用主從式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)［3］。主從DSP 協(xié)調(diào)配合，共同完成軟件功能。該方案DSP 選型相同，相對(duì)原來(lái)的設(shè)計(jì)改動(dòng)比較小，硬件設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)相似，大部分可繼承原來(lái)的設(shè)計(jì)，既縮短了研制時(shí)間，又減少了研制風(fēng)險(xiǎn)。

1.1 硬件設(shè)計(jì)

雙DSP 方案硬件上主要增加了1 個(gè)DSP 以及2 個(gè)DSP通訊用的雙口RAM［4］，2 個(gè)DSP 之間采用GPIO (通用IO)接口作為同步信號(hào)。主DSP 與外圍接口通訊，從DSP 通過雙口RAM 與主DSP 通訊，交換數(shù)據(jù)。主DSP 處理飛控計(jì)算機(jī)外部的中斷，中斷可分為定時(shí)觸發(fā)的中斷(INT0 中斷以及INT1 中斷)以及非定時(shí)觸發(fā)的中斷(INT2 中斷等)。從DSP響應(yīng)INT0 中斷以及INT1 中斷，由主DSP 向從DSP 發(fā)送信號(hào)，通知從DSP，使從DSP 響應(yīng)中斷，與主DSP 同步處理數(shù)據(jù)。從DSP 中斷控制是由主DSP 通過軟件實(shí)現(xiàn)的，靈活性強(qiáng)。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

基于雙DSP 設(shè)計(jì)，就要對(duì)主從DSP 上運(yùn)行的飛控軟件進(jìn)行合理的任務(wù)分配。綜合考慮機(jī)時(shí)余量、通訊、可靠性等，根據(jù)軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各模塊軟件運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行分析，穩(wěn)定算法運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，約占整個(gè)軟件運(yùn)行機(jī)時(shí)的40%，且穩(wěn)定算法相對(duì)獨(dú)立，只在自主段執(zhí)行，和其它模塊交互的信息相對(duì)單一。因此把穩(wěn)定算法放在從DSP 上實(shí)現(xiàn)。

1)主DSP 完成工作

a)設(shè)置并產(chǎn)生(輸出)從DSP 的中斷(INT0，INT1(暫時(shí)不用));

b)與從DSP 進(jìn)行信息交換;

c)與所有硬件及接口的信息交換工作;

d)飛控軟件時(shí)序調(diào)度。

2)從DSP 完成工作

a)響應(yīng)INT0、INT1 中斷;

b)飛控穩(wěn)定算法計(jì)算工作;

c) 與主DSP 進(jìn)行信息交換。

1.3 工程設(shè)計(jì)

為了防止程序燒寫錯(cuò)誤，飛控軟件主從DSP 上運(yùn)行的為同一工程，所有存儲(chǔ)區(qū)影射完全相同。依據(jù)主從DSP 標(biāo)志(主DSP 上運(yùn)行ProgFlag=1 的分支，從DSP 上運(yùn)行ProgFlag=0 的分支)運(yùn)行同一工程不同的程序分支。

1.4 飛控軟件處理流程

飛控軟件處理流程見圖1。

1.5 從DSP 中斷的產(chǎn)生

從DSP 的中斷的產(chǎn)生是由主DSP 控制的，為了盡量避免穩(wěn)定算法利用的角速度(從導(dǎo)航算法來(lái))的延遲，當(dāng)主DSP導(dǎo)航模塊計(jì)算出角增量后，向從DSP 發(fā)出中斷使能信號(hào)，從DSP 產(chǎn)生中斷。導(dǎo)航模塊處理流程見圖2。

2 仿真驗(yàn)證

針對(duì)當(dāng)前的飛控軟件版本，根據(jù)雙DSP 飛控軟件設(shè)計(jì)方案，形成了雙DSP 下的飛控軟件。軟件代碼經(jīng)走查分析［5］確認(rèn)無(wú)誤后，在雙DSP 樣機(jī)上，利用飛控軟件實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)仿真驗(yàn)證。

2.1 飛控軟件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)

軟件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)［6］采用基于嵌入式軟件半實(shí)物仿真的思想進(jìn)行開發(fā)。該系統(tǒng)采用真實(shí)的飛控計(jì)算機(jī)作為飛控軟件運(yùn)行的載體，用軟件模擬飛控系統(tǒng)發(fā)揮功能所需要的外部模型，用硬件接口板和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩者間的高速實(shí)時(shí)通信，用硬件中斷源驅(qū)動(dòng)軟件和模型的運(yùn)行，建立了一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的飛控軟件運(yùn)行環(huán)境，較為真實(shí)地模擬出飛控軟件的運(yùn)行環(huán)境。

圖1 飛控軟件處理流程

圖2 導(dǎo)航模塊處理流程

2.2 算法功能驗(yàn)證

根據(jù)軟件仿真大綱規(guī)定的仿真條件，對(duì)同一技術(shù)狀態(tài)的單DSP 和雙DSP 方案的軟件進(jìn)行仿真，將各條件仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，關(guān)鍵參數(shù)一致。另外對(duì)關(guān)鍵參數(shù)仿真曲線進(jìn)行對(duì)比，見圖3 和圖4。圖3、4 中實(shí)線INY_s、INZ_s 分別為Y、Z向控制指令單DSP 仿真曲線，虛線INY_t、INZ_t 分別為Y、Z向控制指令雙DSP 仿真曲線，從圖3、4 中可以看出曲線吻合較好，說明雙DSP 方案飛控軟件正確實(shí)現(xiàn)算法功能。

圖3 Y 向控制指令

圖4 Z 向控制指令

2.3 機(jī)時(shí)驗(yàn)證

實(shí)行雙DSP 方案后，計(jì)算機(jī)的處理能力提高了一倍。根據(jù)現(xiàn)階段軟件模塊工作時(shí)間計(jì)算，分配到兩個(gè)DSP 后，主從DSP 機(jī)時(shí)均至少留有40%的余量。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用雙DSP 方案設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)的處理能力大大提高。且雙DSP 方案硬件設(shè)計(jì)改動(dòng)小，軟件設(shè)計(jì)繼承性強(qiáng)，因此研制周期短，研制風(fēng)險(xiǎn)低。該項(xiàng)目可以供研制周期短，研制經(jīng)費(fèi)緊張的項(xiàng)目借鑒或使用，提供了多DSP 數(shù)據(jù)處理器并行控制的可行性。

［1］張文山，羅生.嵌入式系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)常見問題分析［J］.航空兵器，2007（6）:47-49.

［2］戈和偉，田高禮.雙余度DSP 數(shù)據(jù)采集裝置在某型控制器中的應(yīng)用［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012（11）:42-46.

［3］宋健，李樹廣. 基于雙DSP 的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.測(cè)控技術(shù)，2010，29（3）:31-33.

［4］秦鴻剛，劉京科，吳迪.基于FPGA 的雙口RAM 實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（2）:72-74.

［5］宋龍，張文山，靳凌.空空導(dǎo)彈彈載制導(dǎo)控制系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.航空兵器，2004（2）:19-22.

［6］王明惠，劉增明，呂梅柏.一種基于DSP 目標(biāo)板的嵌入式軟件仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.航空兵器，2011（1）:52-55.

［7］董成基，齊杏林，呂靜，等.飛行控制軟件測(cè)試用例生成技術(shù)［J］.兵工自動(dòng)化，2012（9）:93-96.