徐 敏, 陳 欣, 原兵兵

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 210016)

分布式飛行控制計(jì)算機(jī)余度管理與總線協(xié)議設(shè)計(jì)

徐 敏, 陳 欣, 原兵兵

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 210016)

采用一種分布式余度結(jié)構(gòu)以提高無人機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)的可靠性，針對(duì)其中數(shù)據(jù)流量最大的串行通信接口單元，提出了一種可有效判斷故障類型并進(jìn)行故障處理的余度管理方案，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的余度管理算法。同時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各單元，從時(shí)間調(diào)度、余度管理和數(shù)據(jù)交錯(cuò)周期傳輸3方面設(shè)計(jì)了FlexRay總線的通信協(xié)議。通過對(duì)FlexRay通信測(cè)試和單元余度管理測(cè)試，結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的余度管理方法和總線協(xié)議的正確性和實(shí)用性。

飛行控制計(jì)算機(jī)； 無人機(jī)； 分布式結(jié)構(gòu)； 余度管理； FlexRay； 總線協(xié)議

0 引言

飛行控制計(jì)算機(jī)是無人機(jī)系統(tǒng)的核心，其性能影響著無人機(jī)完成任務(wù)的優(yōu)劣，其可靠性決定了無人機(jī)生存能力的高低[1]。為得到良好的控制性能，采用性能高的處理器以獲得更優(yōu)的運(yùn)算能力和功耗水平，而為提高可靠性，則采用余度技術(shù)。

1 硬件結(jié)構(gòu)

余度無人機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)采用分布式結(jié)構(gòu)，由中央處理單元(CPU)、模擬量接口單元(AIO)、開關(guān)量接口單元(DIO)和串行通信接口單元(SIO)組成,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式余度無人機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the distributed redundancy flight control computer

圖中，CPU單元三模冗余，是整個(gè)系統(tǒng)的核心單元，承擔(dān)著飛行控制律解算、控制邏輯解算、任務(wù)調(diào)度、余度管理等功能[2]。各功能單元雙模冗余，采集相應(yīng)的機(jī)載傳感器信息，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)通過FlexRay通信總線上傳至CPU單元，并接收總線上CPU單元下傳的指令，進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出。

余度無人機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)工作時(shí)，3個(gè)CPU單元均運(yùn)行并由非故障狀態(tài)下優(yōu)先級(jí)最高的主機(jī)進(jìn)行控制輸出，各功能接口單元采用熱備份工作模式，即優(yōu)先級(jí)較高的主功能單元采集傳感器信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出，備份功能單元僅采集數(shù)據(jù)，不進(jìn)行上傳和輸出。各單元間的通信通過FlexRay總線進(jìn)行，總線四模冗余。主、備SIO單元與主CPU單元構(gòu)成的余度結(jié)構(gòu)如圖1中紅色區(qū)域所示。

SIO單元是功能接口單元中數(shù)據(jù)流量最大的單元，主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集傳感器、舵機(jī)等外圍設(shè)備的串行數(shù)據(jù)信息并通過FlexRay總線與CPU單元進(jìn)行通信，其采集的信號(hào)主要包括姿態(tài)、高度、速度、遙控遙測(cè)以及地檢信息等[3]。每個(gè)SIO單元均設(shè)計(jì)了16路串行接口數(shù)據(jù)采集通道，其中，12路連接外圍設(shè)備，另4路留有余量用于擴(kuò)展使用。目前，有以下兩點(diǎn)問題需要得到升級(jí)與解決：

1) 當(dāng)串口采集的傳感器信息錯(cuò)誤時(shí)，沒有一個(gè)合理的判斷機(jī)制來判斷是串口通斷失效還是傳感器失效，錯(cuò)誤次數(shù)超限后將數(shù)據(jù)來源直接切換至其他傳感器的相同信息源，一定程度上造成了資源浪費(fèi)；

2) 隨著機(jī)載傳感器更新頻率的提高，原有的內(nèi)部總線數(shù)據(jù)通信周期10 ms無法滿足數(shù)據(jù)更高的更新速度需求。

因此，對(duì)SIO單元的余度管理進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)分布式余度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行了分析并設(shè)計(jì)了FlexRay總線通信協(xié)議，以滿足未來飛行需要。

2 余度管理方案設(shè)計(jì)

2.1 故障檢測(cè)

2.1.1 基于“請(qǐng)求/應(yīng)答”握手的FlexRay總線故障檢測(cè)機(jī)制

由于電源、晶振、處理器硬件、軟件等失效都會(huì)導(dǎo)致功能單元整體的失效，這將導(dǎo)致失效的單元在總線通信中沒有響應(yīng)，故可將各單元與總線的連接抽象為總線節(jié)點(diǎn)的集合[4]。節(jié)點(diǎn)抽象如圖2所示，CPU單元和FlexRay 4條總線的連接抽象為節(jié)點(diǎn)A1～A4，主SIO單元與FlexRay 4條總線的連接抽象為B1～B4，備SIO單元與FlexRay 4條總線的連接抽象為C1～C4。

當(dāng)主SIO單元或備SIO單元失效時(shí)，對(duì)應(yīng)的4個(gè)FlexRay總線節(jié)點(diǎn)B1～B4或C1～C4故障，無法進(jìn)行通信;反之，若檢測(cè)到B1～B4節(jié)點(diǎn)故障，則可判斷為主SIO單元故障，C1～C4節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，可判斷為備SIO單元故障。當(dāng)總線電纜或者節(jié)點(diǎn)硬件故障而引起某條FlexRay總線通道鏈路故障時(shí)，表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的Ax,Bx,Cx節(jié)點(diǎn)故障;反之，若檢測(cè)到Ax，Bx，Cx節(jié)點(diǎn)故障，則可判斷為對(duì)應(yīng)的該條總線通道故障。

圖2 節(jié)點(diǎn)抽象與故障檢測(cè)機(jī)制Fig.2 Abstract nodes and fault detection mechanism

對(duì)抽象節(jié)點(diǎn)的故障檢測(cè)基于“請(qǐng)求/應(yīng)答”握手機(jī)制[5-6]， CPU單元在各條總線上以固定周期向主、備SIO單元發(fā)送狀態(tài)檢測(cè)幀，并開始周期計(jì)數(shù)，主、備SIO單元若接收成功，則向CPU單元返回狀態(tài)檢測(cè)返回幀，CPU單元收到狀態(tài)檢測(cè)返回幀后，清除對(duì)應(yīng)SIO單元的周期計(jì)數(shù)。以當(dāng)前主總線FlexRay1上的狀態(tài)檢測(cè)為例，故障檢測(cè)機(jī)制如圖2中紅色區(qū)域所示。根據(jù)控制律解算和總線通信協(xié)議，設(shè)定故障檢測(cè)周期為10 ms，以3個(gè)故障檢測(cè)周期為檢測(cè)閾值。若超過3個(gè)故障檢測(cè)周期，CPU單元未接收到某條總線上某個(gè)SIO單元的狀態(tài)檢測(cè)返回幀，則判定該SIO單元與總線節(jié)點(diǎn)連接故障。當(dāng)某條總線上所有節(jié)點(diǎn)均判定為故障時(shí)，則認(rèn)為該總線通道故障，進(jìn)行總線故障處理。若某SIO單元節(jié)點(diǎn)與所有總線的連接節(jié)點(diǎn)均判定為故障，則判定該SIO單元故障，進(jìn)行SIO單元故障處理。

2.1.2 SIO單元自檢

SIO單元具備獨(dú)立的處理器，可以進(jìn)行對(duì)自身故障的檢測(cè)。SIO單元的12路串口采集通道連接至外圍設(shè)備，主要包括速度陀螺儀、無線電高度表、慣性導(dǎo)航、大氣機(jī)等傳感器信息以及任務(wù)管理器、遙控遙測(cè)設(shè)備等。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，外圍設(shè)備上的數(shù)據(jù)經(jīng)過組幀按照一定的幀格式發(fā)送給SIO單元的串口，串口采集到數(shù)據(jù)后進(jìn)行幀頭以及校驗(yàn)和的校驗(yàn)。若校驗(yàn)通過，則將采集的數(shù)據(jù)組幀后放入總線發(fā)送數(shù)據(jù)的緩存區(qū)內(nèi)；若校驗(yàn)未通過，則不進(jìn)行處理。SIO單元每50 ms對(duì)每個(gè)串口采集通道進(jìn)行一次監(jiān)控，在監(jiān)控時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值超過10次，則判斷該采集通道失效，該計(jì)數(shù)值在串口每次接收到正確數(shù)據(jù)幀時(shí)清零。

2.1.3 CPU單元對(duì)SIO單元的檢測(cè)

SIO單元采集的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過總線上傳至CPU單元后，解幀并進(jìn)行幀頭以及校驗(yàn)和校驗(yàn)。若校驗(yàn)通過，則將數(shù)據(jù)取出并用于控制律解算；若校驗(yàn)未通過，則不進(jìn)行處理。CPU單元對(duì)接收到的傳感器信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若超過500 ms時(shí)限一直未收到正確數(shù)據(jù)，則判斷該數(shù)據(jù)信息源故障，并進(jìn)行故障處理。

2.2 故障處理

總線節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后，需要完成相應(yīng)的故障處理。若某條總線上所有功能單元節(jié)點(diǎn)均無狀態(tài)檢測(cè)返回信息，以FlexRay1總線為例，表現(xiàn)為A1,B1,C1節(jié)點(diǎn)故障，則判定該條總線通信鏈路故障，按照總線優(yōu)先級(jí)切換至優(yōu)先級(jí)最高的備份總線進(jìn)行內(nèi)部通信。

當(dāng)某個(gè)SIO單元的所有節(jié)點(diǎn)均故障時(shí)，以主SIO單元為例，表現(xiàn)為B1～B4節(jié)點(diǎn)故障，則判定該SIO單元故障，切換至備SIO單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與通信。同時(shí)主SIO單元嘗試故障恢復(fù)，若恢復(fù)成功，則降級(jí)為備份SIO單元運(yùn)行。若故障無法恢復(fù)，則判為永久性故障。

設(shè)計(jì)了一種可有效判斷故障類型并進(jìn)行故障處理的機(jī)制處置SIO單元自檢出的故障。

當(dāng)SIO單元自檢出串口通道采集的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，有可能是由于串口數(shù)據(jù)鏈路斷開或電平異常而導(dǎo)致的串口失效或傳感器失效。對(duì)于串口失效，可將該串口通道采集數(shù)據(jù)并上傳的工作切換至備份SIO單元的該通道進(jìn)行，此舉可以合理利用現(xiàn)有的硬件資源，并保證對(duì)于不同信息的采集均使用最佳精度的傳感器；由于無人機(jī)上的不同傳感器采集的信息有所交叉，例如姿態(tài)信息既可由慣導(dǎo)傳感器采集也可由陀螺儀采集，故對(duì)于傳感器失效，則進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)信息源切換的故障處置。

圖3 主、備SIO單元故障檢測(cè)與處理流程Fig.3 Fault detection and handling process of main and backup SIO

具體的做法是：主SIO單元進(jìn)行串口數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，接收CPU單元的狀態(tài)檢測(cè)幀并返回狀態(tài)檢測(cè)返回幀。SIO單元各采集通道自檢若通過，在狀態(tài)檢測(cè)返回幀中返回0值，自檢若未通過，返回1值。備SIO單元各串口通道僅采集數(shù)據(jù)，不進(jìn)行上傳，同樣接收CPU單元的狀態(tài)檢測(cè)幀并返回狀態(tài)檢測(cè)返回幀，并在狀態(tài)檢測(cè)返回幀中返回各串口采集通道的狀態(tài)。中央處理單元接收到的主、備SIO單元狀態(tài)檢測(cè)返回幀后，若某個(gè)采集通道均返回故障狀態(tài)，則中央處理單元判為傳感器故障，進(jìn)行傳感器信息源切換；若主SIO單元返回通道故障信息，備SIO單元未返回該通道故障信息，則中央處理單元判為主SIO單元該串口采集通道故障，并在狀態(tài)檢測(cè)幀中返回該信息給主、備SIO單元，主、備SIO單元根據(jù)接收到的信息，打開或關(guān)閉該采集通道在FlexRay總線通信中的發(fā)送中斷。若至少有一個(gè)SIO單元的某個(gè)通道故障，但CPU單元未返回任何類型的故障信息，則為異常狀態(tài)，不作處理，由前述故障判斷方法檢測(cè)故障。主、備SIO單元故障檢測(cè)與處理流程如圖3所示,通道上的故障判斷與處理邏輯如表1所示。

表1 故障判斷與處理邏輯

3 FlexRay總線通信協(xié)議設(shè)計(jì)

通信總線是分布式飛行控制系統(tǒng)重要的一環(huán)，承擔(dān)著各功能單元之間數(shù)據(jù)交互的重任，各單元之間實(shí)時(shí)可靠的通信是保證飛行控制系統(tǒng)安全可靠的必要條件。FlexRay作為一種新型的通信總線，獨(dú)立通道的傳輸速率可以達(dá)到10 Mbit/s；其采用時(shí)分多址機(jī)制，在確定的時(shí)間片內(nèi)傳輸確定的消息；支持總線型、星形和混合型多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；可根據(jù)實(shí)際需要選擇雙通道或者單通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳輸互不影響；FlexRay標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議還為用戶提供了可靈活配置的容錯(cuò)協(xié)議[7]。

根據(jù)分布式系統(tǒng)特點(diǎn)，選取總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，配置通信傳輸速率10 Mbit/s。FlexRay訪問機(jī)制嚴(yán)格基于時(shí)間，以配置好的通信周期為單位，進(jìn)行循環(huán)通信。FlexRay的一個(gè)通信周期包括靜態(tài)段、動(dòng)態(tài)段、符號(hào)窗口和網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間4部分[8]，靜態(tài)段基于時(shí)分多址TDMA技術(shù)，由若干靜態(tài)時(shí)隙組成。設(shè)計(jì)采用靜態(tài)段進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信，需對(duì)總線上的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以配置時(shí)隙長(zhǎng)度及個(gè)數(shù)等基本參數(shù)[9]。

現(xiàn)有的飛行控制系統(tǒng)通信周期為10 ms，由于對(duì)無人機(jī)工作性能的要求不斷增高，為滿足未來使用需求，設(shè)計(jì)不低于200 Hz的飛行控制頻率，即確定了通信周期為5 ms?？偩€上的數(shù)據(jù)流量主要為各功能單元采集的數(shù)據(jù)上傳、CPU單元對(duì)外設(shè)控制的數(shù)據(jù)下傳以及各單元間的狀態(tài)檢測(cè)幀與返回幀。對(duì)于數(shù)據(jù)流量最大的SIO單元，由于最新的某些傳感器數(shù)據(jù)更新率提升較大，例如慣導(dǎo)傳感器數(shù)據(jù)更新速率已可達(dá)200 Hz，故對(duì)SIO單元的數(shù)據(jù)更新率設(shè)計(jì)200 Hz,100 Hz和50 Hz這3種。AIO單元數(shù)據(jù)較少，且下傳更新率比上傳小，設(shè)計(jì)其上下行更新率分別為200 Hz和100 Hz。DIO單元數(shù)據(jù)較少，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)更新率200 Hz。狀態(tài)檢測(cè)每?jī)蓚€(gè)通信周期進(jìn)行一次，故頻率為100 Hz。為滿足所有數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度的需求，故每個(gè)時(shí)隙的數(shù)據(jù)負(fù)載段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為64 Byte。在10 Mbit/s的傳輸速度下，加上頭段、尾段和一些位流信號(hào)，傳輸一幀數(shù)據(jù)的時(shí)間約為72.2 μs，故設(shè)計(jì)每一時(shí)隙長(zhǎng)度80 μs。動(dòng)態(tài)段由于沒有用于數(shù)據(jù)傳輸，故設(shè)置為0。符號(hào)窗口用于發(fā)送沖突避免符和符號(hào)窗口傳輸起始序列等，設(shè)置為14 μs，通信周期中剩下的時(shí)間用于網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間的相位校正和頻率校正[10]?？偩€上數(shù)據(jù)流量設(shè)計(jì)如表2所示。表2中共計(jì)有29幀數(shù)據(jù)，故設(shè)置FlexRay靜態(tài)段共29個(gè)時(shí)隙，則靜態(tài)段共2.32 ms，占整個(gè)5 ms通信周期的46.4%。

時(shí)隙安排如圖4所示。其中:時(shí)隙1用于主CPU單元向其余各單元發(fā)送狀態(tài)檢測(cè)幀;時(shí)隙2～9用于各單元向主CPU單元返回狀態(tài)檢測(cè)返回幀;時(shí)隙10,11用于主AIO單元上下行數(shù)據(jù)傳輸;時(shí)隙12,13用于主DIO單元上下行數(shù)據(jù)傳輸;時(shí)隙14～25用于主SIO單元的上行數(shù)據(jù)傳輸;時(shí)隙26～29用于主SIO單元的下行數(shù)據(jù)傳輸。

表2 數(shù)據(jù)流量統(tǒng)計(jì)

圖4 總線時(shí)隙安排Fig.4 Arrangement of bus slot

各數(shù)據(jù)幀更新周期的最小公倍數(shù)為100 ms，稱為系統(tǒng)周期，在此周期內(nèi)，總線負(fù)載率為24.9%。為降低一個(gè)周期內(nèi)總線上的負(fù)載，采用將周期大于5 ms的數(shù)據(jù)幀錯(cuò)開周期發(fā)送的方式，通信安排見表3，其中，1表示傳輸，0表示無傳輸。則在一個(gè)通信周期內(nèi)，總線上數(shù)據(jù)傳輸最大負(fù)載率為26.0%。

表3 數(shù)據(jù)交錯(cuò)周期傳輸

4 測(cè)試驗(yàn)證

以主CPU和主、備SIO單元以及FlexRay總線搭建測(cè)試驗(yàn)證平臺(tái)。各單元與PC機(jī)通過串口相連以觀察總線上的數(shù)據(jù)。示波器連接FlexRay總線的差分信號(hào)BM和BP觀察總線上的波形。

4.1 FlexRay總線通信測(cè)試

根據(jù)上述FlexRay總線協(xié)議的設(shè)計(jì)，該測(cè)試平臺(tái)上總線的通信數(shù)據(jù)由其中的CPU單元和主、備SIO單元組成。即CPU單元的狀態(tài)檢測(cè)幀占用時(shí)隙1，主、備SIO單元的狀態(tài)檢測(cè)幀返回幀占用時(shí)隙2，3，SIO單元上行數(shù)據(jù)占用時(shí)隙14～25，SIO單元下行數(shù)據(jù)占用時(shí)隙26～29，整個(gè)靜態(tài)段占5 ms通信周期中的前2.32 ms。

從總線上周期性通信的波形可以看出FlexRay通信以5 ms為周期循環(huán)進(jìn)行，將其中一個(gè)周期內(nèi)總線上的波形放大，如圖5所示。

圖5 單周期時(shí)隙波形Fig.5 Waveform of one cycle

由圖5可以看出，每個(gè)周期時(shí)隙按照配置的時(shí)隙進(jìn)行通信，每個(gè)時(shí)隙占80 μs，時(shí)隙1～29占整個(gè)5 ms通信周期的2.32 ms，時(shí)隙3和時(shí)隙14之間相差880 μs，與設(shè)計(jì)一致。

4.2 SIO單元余度管理測(cè)試

當(dāng)斷開主SIO單元的總線連接，即主SIO單元失效，總線上波形如圖6所示，此時(shí)總線上主SIO單元的狀態(tài)檢測(cè)返回幀無法返回正確信息，同時(shí)數(shù)據(jù)上傳的通信也斷開，總線上的波形為CPU單元的狀態(tài)檢測(cè)幀和備SIO單元的狀態(tài)檢測(cè)返回幀。經(jīng)過3個(gè)故障檢測(cè)周期的檢測(cè)，判斷出主SIO單元故障，做出切換至備SIO單元的故障處理，總線上波形如圖7所示，此時(shí)數(shù)據(jù)通信恢復(fù)。

為便于觀察SIO采集通道對(duì)應(yīng)時(shí)隙的切換情況，設(shè)置CPU單元在時(shí)隙1發(fā)送狀態(tài)檢測(cè)幀，主SIO單元在時(shí)隙10、備SIO單元在時(shí)隙20分別向CPU單元返回狀態(tài)檢測(cè)返回幀，通過一路串口模擬主SIO單元某個(gè)通道故障，設(shè)置該通道數(shù)據(jù)通信占用時(shí)隙30。當(dāng)故障發(fā)生后，通道切換情況如圖8所示，示波器通道1采集主SIO單元的FlexRay中斷信號(hào)，通道2采集備SIO單元的FlexRay中斷信號(hào)?？梢钥闯觯?dāng)故障發(fā)生，主SIO該采集通道對(duì)應(yīng)的時(shí)隙30的中斷關(guān)閉，備SIO單元中斷打開，即完成了單個(gè)采集通道的通信單元切換。

圖6 主SIO單元失效時(shí)總線波形Fig.6 Waveform of bus when main SIO fails

圖7 切換至備SIO單元總線波形Fig.7 Waveform of bus when switching to backup SIO

圖8 主、備SIO單元單通道故障切換Fig.8 Single channel switching between main and backup SIO

4.3 測(cè)試結(jié)論

以上測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的FlexRay總線協(xié)議可以完成功能單元與CPU單元之間的通信，可靠性高，可有效監(jiān)測(cè)故障并進(jìn)行相應(yīng)的故障處置，完成相應(yīng)的余度管理。與已有系統(tǒng)相比，本文的設(shè)計(jì)優(yōu)化如表4所示。

表4 與已有系統(tǒng)對(duì)比

由表4可知，本文設(shè)計(jì)的余度管理方案可在SIO單元串口采集數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況下，定位故障類型并作出故障處理，保證硬件資源利用率，總線協(xié)議的設(shè)計(jì)可將數(shù)據(jù)更新率提高一倍，并保證較低的總線負(fù)載率，滿足未來飛行需求。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)分布式余度結(jié)構(gòu)無人機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)流量最大的SIO單元，進(jìn)行了余度管理設(shè)計(jì)。從滿足未來使用需求的角度出發(fā)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，完成了FlexRay總線協(xié)議設(shè)計(jì)，具有較高可靠性且總線負(fù)載較低。測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)要求一致，能夠滿足飛行控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸需求，完成余度管理功能,為新型總線FlexRay廣泛應(yīng)用于無人機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

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Redundancy Management and Bus Protocol Design for Distributed Flight Control Computer

XU Min, CHEN Xin, YUAN Bing-bing

(College of Automation Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China)

The distributed structure was used to improve the reliability of unmanned aerial vehicle’s flight control computer.To the serial input and output unit that has the biggest data traffic,a redundancy management scheme was designed,which can effectively judge the type of fault and handle the fault.To each unit inside the computer,FlexRay bus protocol was designed from three aspects of time scheduling,redundancy management and data transmission in stagger cycle.FlexRay bus communication test and unit redundancy test were made.The result proves the correctness and practicability of the designed redundancy management method and the bus protocol.

flight control computer; UAV; distributed structure; redundant management; FlexRay; bus protocol

徐敏,陳欣,原兵兵.分布式飛行控制計(jì)算機(jī)余度管理與總線協(xié)議設(shè)計(jì)[J].電光與控制，2017，24(9)：77-82.XU M,CHEN X,YUAN B B.Redundancy management and bus protocol design for distributed flight control computer[J].Electronics Optics & Control,2017,24(9):77-82.

2016-09-19

2017-06-27

徐 敏(1991 —),女，四川成都人，碩士生，研究方向?yàn)橄冗M(jìn)飛行控制技術(shù)。

TP273.5

A

10.3969/j.issn.1671-637X.2017.09.017