梁瑜

摘 要

隨著人類探索領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)于空間的拓展能力也不斷增強(qiáng)。當(dāng)前，無論是海域還是大氣層，人類的發(fā)現(xiàn)都已經(jīng)相對(duì)較為成熟。航空航天事業(yè)作為人類領(lǐng)域探索的產(chǎn)物，也得到了進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)于電子通信系統(tǒng)綜合性能的要求不斷提高。然而，傳統(tǒng)的電子通信系統(tǒng)具有較多的缺陷，從而使得其穩(wěn)定可靠等性能的保證缺乏，這就使得航空航天事業(yè)的發(fā)展受阻，另外，當(dāng)前航空電子通信系統(tǒng)難以提供對(duì)應(yīng)的通信通道，自然也就無法保證通信信號(hào)的質(zhì)量。因此，在近年來的發(fā)展中，人們一直在對(duì)其電子通信系統(tǒng)加以研究。DSP技術(shù)的存在，能夠?yàn)樾盘?hào)的穩(wěn)定運(yùn)行提供一個(gè)更加可靠的保證，同時(shí)，還具有特殊的通道。因此，成為當(dāng)前航天電子通信系統(tǒng)建設(shè)的重要依據(jù)。本文在DSP的基礎(chǔ)上，對(duì)航空電子通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加以分析，主要從總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面著手，并對(duì)其調(diào)試方法加以復(fù)分析，希望能夠?yàn)槲覈?guó)航空電子通信系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的參考，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)航天事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】DSP 航空 電子通信系統(tǒng) 設(shè)計(jì)研究

通信系統(tǒng)讓作為航空事業(yè)發(fā)展的必要基礎(chǔ)設(shè)施，其質(zhì)量的高低對(duì)于航空工作質(zhì)量以及航空領(lǐng)域的長(zhǎng)期發(fā)展都具有較強(qiáng)的影響力。而隨著航空事業(yè)的發(fā)展，也間接使得其對(duì)科學(xué)技術(shù)水平要求更高。因此，電子通信系統(tǒng)必要做出對(duì)應(yīng)的調(diào)整，才能有效地推動(dòng)航空事業(yè)的整體發(fā)展。DSP即數(shù)字信號(hào)技術(shù)，是隨著科學(xué)發(fā)展所產(chǎn)生的一種新型技術(shù)，其對(duì)于信號(hào)的接受以及處理，有著較好的效果。當(dāng)前，已經(jīng)逐步出現(xiàn)在人們的生產(chǎn)與生活之中?；贒SP所創(chuàng)建的航空電子通信系統(tǒng)，能夠有效地保障其信號(hào)的可靠性與穩(wěn)定性，同時(shí)，還會(huì)為信號(hào)提供一個(gè)新的通道，使得其整體性能得到保障。然而，由于我國(guó)航空事業(yè)發(fā)展有限，新型技術(shù)的使用還不能達(dá)到對(duì)應(yīng)的熟練度。目前，DSP應(yīng)用下，創(chuàng)建航空電子通信系統(tǒng)還不能對(duì)其的整體設(shè)計(jì)以及后續(xù)效果加以保障。故而，需要針對(duì)該條件下的電子通信系統(tǒng)加以研究，并且就其各個(gè)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行調(diào)整，希望能夠使得其達(dá)到對(duì)應(yīng)的使用效果，推動(dòng)航空事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 DSP的內(nèi)涵

DSP，英文全稱為Digital Singnal Processing ，即數(shù)字信號(hào)處理，是面向電子信息學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程。簡(jiǎn)單來說，數(shù)字信號(hào)處理也就是使用數(shù)值計(jì)算的方式來對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工的理論與技術(shù)。在日常使用中，是將其作為一項(xiàng)實(shí)際存在的基礎(chǔ)，將事物的運(yùn)動(dòng)變化，都轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)字，使用計(jì)算的方式，從中提取對(duì)應(yīng)的消息，并對(duì)這些信息加以運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)人類生產(chǎn)發(fā)展中的某個(gè)運(yùn)用活動(dòng)。目前，已經(jīng)有對(duì)應(yīng)的處理芯片，也就是數(shù)字信號(hào)處理器，一般來說，這是集成計(jì)算機(jī)所特有的一種芯片，相對(duì)較小。其實(shí)際運(yùn)用，也就是該芯片的工作過程。相對(duì)傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸來說，該種技術(shù)的信號(hào)獲取與分析能力更強(qiáng)，穩(wěn)定性較高，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的處理。因此，目前很多領(lǐng)域都將其運(yùn)用于自身的通信系統(tǒng)之中。航空電子通信系統(tǒng)對(duì)于信號(hào)的穩(wěn)定性與可靠性要求更高，尤其是在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的背景下，人們對(duì)于航空領(lǐng)域的認(rèn)知不斷深化，對(duì)其應(yīng)用也相對(duì)擴(kuò)展。保證航空領(lǐng)域發(fā)展的穩(wěn)定性與應(yīng)用的安全性，成為當(dāng)前航空領(lǐng)域的主要目標(biāo)。自然，對(duì)其電子通信系統(tǒng)的要求也達(dá)到了一個(gè)相對(duì)的高度。航空電子通信系統(tǒng)要求提高，DSP技術(shù)的信號(hào)處理優(yōu)勢(shì)不斷突出，這就使得航空電子通信對(duì)其運(yùn)用的重視提高，對(duì)應(yīng)的通信系統(tǒng)建設(shè)，成為當(dāng)前的主要方向。

2 航空電子通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)，一般來說，其主要結(jié)構(gòu)為：軟件、硬件、調(diào)試。

2.1 軟件也就是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分

其對(duì)系統(tǒng)中的所有程序都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)控制作用，通常來說，軟件發(fā)出命令后，硬件就會(huì)按照其之前的設(shè)定，去執(zhí)行這個(gè)命令，從而使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常化。在實(shí)際的運(yùn)行中，硬件本身沒有生命，而軟件則是賦予其生命的重要內(nèi)容?？梢哉f，軟件是硬件適應(yīng)外部環(huán)境的重要保障。

2.2 硬件是整個(gè)系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)

在可科學(xué)技術(shù)不斷先進(jìn)化的今天，人們?cè)絹碓阶非筌浖軌蛸x予硬件的內(nèi)容。然而，在軟件不斷的發(fā)展下，硬件必須要具有一定的發(fā)展，才能使得兩者契合。從某種程度上來說，軟件是硬件的的核心，而硬件則是軟件的必要基礎(chǔ)。如果沒有硬件或者硬件的性能缺乏，那么將無法滿足系統(tǒng)運(yùn)行的必然要求。而如果是航空電子通信系統(tǒng)中的硬件仍舊沒有進(jìn)行更新，其軟件的發(fā)展也不過是空談。可以說，軟件必須要配合對(duì)應(yīng)的硬件，才能實(shí)現(xiàn)其操作效果，達(dá)到對(duì)應(yīng)的性能高度。

2.3 系統(tǒng)調(diào)試部分是保證軟件與硬件可靠運(yùn)行的重要保障

對(duì)于DSP技術(shù)的使用來說，其主要針對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該具備的簡(jiǎn)單、靈活等特征，從而在軟件、硬件都沒有瑕疵的基礎(chǔ)上，來使得其信號(hào)的處理更加有效化。然而，DSP技術(shù)本身就是近年出現(xiàn)的一種新型技術(shù)，將其運(yùn)用在航空電子信息系統(tǒng)上，也當(dāng)是屬于一個(gè)整體的進(jìn)步，還沒有對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。因此，對(duì)于DSP背景下，所設(shè)計(jì)出來的航空電子通信系統(tǒng)，其性能的好壞，運(yùn)行的實(shí)際，都沒有人可以加以保障。系統(tǒng)調(diào)試的存在，就是為了針對(duì)其中的不足，來進(jìn)行必然的調(diào)整，從而使得其更加符合運(yùn)行的原理，保證航空電子系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。

3 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件作為電子通信系統(tǒng)運(yùn)作的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響軟件的性能實(shí)現(xiàn)。尤其是在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，各種硬件的精致性與準(zhǔn)確性不斷深化，從而使得其實(shí)用性更強(qiáng)。而在DSP的引導(dǎo)下，航空電子通信系統(tǒng)硬件的要求也就更高。筆者認(rèn)為，其硬件的設(shè)計(jì)需要注意如下幾個(gè)部分：

3.1 控制模塊設(shè)計(jì)

控制模塊是整個(gè)DSP航空電子通信系統(tǒng)的核心，一般來說，是由DSP芯片與周圍功能單元所組成。DSP芯片一般是選用的低功耗、功能性能較好的TMS320系列的TMS320LF2407A，并且配合周圍的功能單元，從而實(shí)現(xiàn)控制機(jī)載總線數(shù)據(jù)通信、存儲(chǔ)以及處理的子系統(tǒng)。 其基本結(jié)構(gòu)如圖1。

從圖1可以看出，其整個(gè)是以中心向四周擴(kuò)散的模式存在。也就是說，其控制模版聯(lián)合了周圍的功能單元。而且，直接對(duì)周圍功能單元進(jìn)行負(fù)責(zé)。一旦其發(fā)出任何指令，周圍的功能單元都會(huì)在第一時(shí)間來對(duì)其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。并且，在實(shí)現(xiàn)之后，會(huì)存在一個(gè)反饋，讓中心能夠?qū)ζ溥M(jìn)行準(zhǔn)確的狀況了解，實(shí)現(xiàn)其控制功能。

3.2 上位機(jī)與下位機(jī)的通信模塊設(shè)計(jì)

在該處，可以使用RAM技術(shù)，從而使得雙CPU之間的通信得到保障。一般來說，普通的系統(tǒng)中只會(huì)存在一個(gè)CPU，從而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總控制。然而，航空電子通信系統(tǒng)的復(fù)雜性較強(qiáng)，其面臨的問題較多。在實(shí)踐中，其可能會(huì)存在天空、地面兩者的溝通。因此，其必須要保證CPU的運(yùn)行。而為了使得其運(yùn)行更加符合自身的狀況，雙CPU成為其主要的控制模式。采用對(duì)應(yīng)的技術(shù)，從而使得兩個(gè)CPU的信息可以共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，從而使得其訪問的便捷性更強(qiáng)，在信息的提取上，也可以更加準(zhǔn)確。

3.3 ARINC429總線通信模塊設(shè)計(jì)

通信模塊的存在，是為了保證各個(gè)部分的信息能夠得到準(zhǔn)確的傳輸。一般來說，ARINC429總線通信模塊主要由兩個(gè)部分組成，即接收器與發(fā)送器。接收器負(fù)責(zé)信息的采集與過濾，而發(fā)送器則負(fù)責(zé)將其信息加以傳遞，從而使得其信息的運(yùn)用更加便捷化。在電子通信的過程中，其應(yīng)該表述為：將接收數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)化，從而完成其數(shù)據(jù)發(fā)送的并串轉(zhuǎn)換，在某些狀況下，也可以及時(shí)的對(duì)其通信加以阻隔，從而使得通信質(zhì)量得以保證?？梢哉f，總線通信模塊實(shí)際上是對(duì)通信質(zhì)量的保障，也是對(duì)通信傳輸度的控制模塊。

3.4 LON WORKS數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計(jì)

在LON WORKS通信模塊的設(shè)計(jì)中，一般選擇FT3150智能收發(fā)器為主要控制器，從而完成各個(gè)采集模塊數(shù)據(jù)采集的同步，并且，還添加了傳送采集數(shù)據(jù)等多種功能。為了保證該模塊功能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的廣泛性，當(dāng)前還對(duì)該模塊與PC機(jī)的串行接口加以延伸，這樣就可以使得LON WORKS模塊中所采集到的數(shù)據(jù)，可直接發(fā)送到上位機(jī)。在傳統(tǒng)的電子通信系統(tǒng)中，其獲取到的信息一般都是需要經(jīng)過處理，然后經(jīng)特殊的通道傳送。在這個(gè)傳輸?shù)倪^程中，可能會(huì)使得信息丟失或者不不準(zhǔn)確。這就給傳輸帶來了較大的困難。而其直接傳輸?shù)那来嬖?，就可以有效地保證傳輸質(zhì)量。其基本結(jié)構(gòu)圖如圖2。

4 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)要求

在硬件設(shè)計(jì)完成之后，為了使得硬件能夠發(fā)揮其作用，必須要對(duì)其軟件加以設(shè)計(jì)。在這個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，必須要保證系統(tǒng)軟件具有一定的實(shí)時(shí)性、可靠性與可維護(hù)性等基本特點(diǎn)。

4.1.1 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)需要具有良好的時(shí)效性

也就是說，系統(tǒng)的處理器需要在較短的時(shí)間內(nèi)，完成一系列的軟件處理工作。例如，在其接收到對(duì)應(yīng)信號(hào)后，快速對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與處理，并且做出邏輯判斷，然后輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，完成正確的動(dòng)作。在這個(gè)過程中，如果存在延誤，則可能會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)度受到影響，影響系統(tǒng)的性能實(shí)現(xiàn)。

4.1.2 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)需要具備一定的可靠性

這主要是針對(duì)系統(tǒng)發(fā)生故障而言，一般來說，系統(tǒng)故障會(huì)產(chǎn)生一定的問題，在這種狀況下，必須要采取一定的措施，來對(duì)其進(jìn)行緊急處理。

4.1.3 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)必須要具備可維護(hù)性

一般來說，可維護(hù)性也就是說，在其設(shè)備軟件和硬件存在某種問題時(shí)，能夠通過簡(jiǎn)單調(diào)控等，達(dá)到對(duì)應(yīng)的效果，或者存在故障，能夠以維護(hù)的方式使之恢復(fù)到之前的狀況。本身航空電子通信設(shè)備都是相對(duì)精密的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與功能決定了是否能夠達(dá)到對(duì)應(yīng)的效果。在該種狀況下，很難一次性的就能使得整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)化。因此，必須要采取一定的措施，使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作效果更好。某些設(shè)備的可維護(hù)能力較低，其在維護(hù)的同時(shí)，就會(huì)使得設(shè)備的性能受到影響，進(jìn)而降低了使用質(zhì)量。因此，必須要求設(shè)備的可維護(hù)性。

4.2 軟件的模塊劃分

在軟件設(shè)計(jì)中，需要將其模塊化，從而保證每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)合理性與適用性，才能間接的保證系統(tǒng)整體軟件的有效性。通常來說，軟件設(shè)計(jì)主要包涵：上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)與下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)各種相關(guān)數(shù)據(jù)的有效管理，并且實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能糾錯(cuò)。而下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)則是執(zhí)行軟件，保證系統(tǒng)指令實(shí)施的確切性。而上位機(jī)的模塊又包涵了四個(gè)：系統(tǒng)的初始化模塊、通訊模塊、控制模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。

5 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)的調(diào)試方案設(shè)計(jì)

無論是經(jīng)過多少人或者有多么精密的設(shè)備作為基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)都會(huì)存在一定的瑕疵。而調(diào)試的存在，則為系統(tǒng)的運(yùn)行提供了一定的保障。由于DSP系統(tǒng)本身相對(duì)復(fù)雜，而適用于電子通信系統(tǒng)后，兩者的復(fù)雜性有所切合，就會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度更甚。在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，需要以系統(tǒng)的基本要求為主，確保調(diào)試的全面性。一般 來說，系統(tǒng)調(diào)試主要包括8個(gè)方面：電路板裸板檢測(cè)、焊接裝配器件、通電前檢測(cè)、電源輸出檢查、時(shí)鐘電路測(cè)試、DSP 工作狀態(tài)檢查、RAM 讀寫測(cè)試以及上位機(jī)與下位機(jī)聯(lián)機(jī)測(cè)試。每一個(gè)方面調(diào)試工作都需要落實(shí)，才能夠保證系統(tǒng)整個(gè)性能的良好。同時(shí)，在調(diào)試之前，需要對(duì)軟件硬件等進(jìn)行多次確認(rèn)，需要保證其不會(huì)影響調(diào)試的效果。

調(diào)試并不是單純的包涵調(diào)控的內(nèi)容，對(duì)于系統(tǒng)的維護(hù)也是有所包涵的。一般來說，系統(tǒng)調(diào)試是指系統(tǒng)正式投入使用之前，所需要進(jìn)行的試行，并在整個(gè)試行過程中，去發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足，并且，對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)整。而維護(hù)則是在系統(tǒng)運(yùn)行中，對(duì)其進(jìn)行定期或者不定期的檢測(cè)與休整。在筆者看來維護(hù)也應(yīng)該是調(diào)試的一個(gè)部分。也就是使用后調(diào)試。在使用過程中，人們對(duì)于系統(tǒng)的了解程度不斷加強(qiáng)。而對(duì)于系統(tǒng)也會(huì)存在一定的新構(gòu)思。因此，在維護(hù)的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)試，也十分必要。通常來說，維護(hù)也指定期維護(hù)與臨時(shí)維護(hù)。定期維護(hù)是在規(guī)定的時(shí)間中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)與調(diào)整。而臨時(shí)維護(hù)則是需要在發(fā)生故障的背景下進(jìn)行。另外，調(diào)試并不是單純的指整個(gè)系統(tǒng)。也可以是系統(tǒng)中的某個(gè)部分。因此，調(diào)試方案的設(shè)計(jì)需要具有針對(duì)性。

6 結(jié)束語

DSP是社會(huì)不斷發(fā)展下，所出現(xiàn)的一種新型信號(hào)處理技術(shù)。社會(huì)各界對(duì)于其的使用都具有一定的嘗試性，航空領(lǐng)域也是一樣。傳統(tǒng)的航空領(lǐng)域信號(hào)傳輸質(zhì)量難以得到保障，其傳輸處理效率缺乏，從而使得該領(lǐng)域的發(fā)展受到了嚴(yán)重的制約。面對(duì)該種狀況，必須要對(duì)其通信系統(tǒng)進(jìn)行必要的創(chuàng)新，使之符合社會(huì)發(fā)展的需求。然而，由于技術(shù)本身相對(duì)運(yùn)用難度較大，使用經(jīng)驗(yàn)缺乏。實(shí)踐中，航空電子通信系統(tǒng)運(yùn)用DSP技術(shù)加以創(chuàng)建，必然會(huì)存在一定的問題。這就需要人們加強(qiáng)對(duì)其的研究，從軟件、硬件兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)著手，保證其設(shè)計(jì)出來的適應(yīng)度與精密度較強(qiáng)。另外，為了保障其正式投入使用后的效果。還需要在使用之前，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)試。在反復(fù)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。除此之外，維護(hù)也具有一定的必要性。本文從多個(gè)方面論述了基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意的問題，從而對(duì)系統(tǒng)兼容性與通用性的保證，提供了一定的可能性。并且，還賦予了一定的擴(kuò)展能力，希望能夠?yàn)槲覈?guó)航空事業(yè)的發(fā)展提供參考。

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作者單位

95269部隊(duì)83分隊(duì) 廣東省廣州市 510000