潘庭發(fā) 趙柏程

摘 要：本文設(shè)計的集中管控設(shè)備結(jié)構(gòu)形式為標準機柜上架式，高度為1U，后面板出線，設(shè)備所有器件滿足100%國產(chǎn)化要求;系統(tǒng)平臺采用國產(chǎn)銀河麒麟操作系統(tǒng)，集中管控軟件為B/S架構(gòu)，滿足國產(chǎn)化、跨平臺的需求和發(fā)展趨勢。集中管控軟件以嵌入式Web服務(wù)器軟件形式裝載在集中管控設(shè)備的主電路板上，所有管控操作均可在操作終端或任務(wù)系統(tǒng)的計算機上通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進行訪問完成操作。

關(guān)鍵詞：公用系統(tǒng)、國產(chǎn)化、跨平臺、集中管控

1.引言

隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展和部隊等用戶對裝備智能化需求的提高，通信指揮車的應(yīng)用越來越廣泛，功能越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)通信指揮車各設(shè)備獨立連接集成、分散使用操作，存在操作繁雜、效率低下、可維護維修性差、智能化信息化程度差等諸多問題，如何充分發(fā)揮裝備效能一直是困擾裝備用戶的難題。同時，受國際芯片等行業(yè)發(fā)展趨勢、國家安全保密要求等大形勢影響，裝備完全國產(chǎn)化的需求越來越迫切。

本文基于以上問題提出的一種解決方案，為部隊等用戶設(shè)計基于智能控制技術(shù)的完全國產(chǎn)化的車載公用系統(tǒng)集中管控設(shè)備，減少車輛平臺公用系統(tǒng)開通、撤收的時間，提升系統(tǒng)智能化、自動化操作程度，以滿足部隊等用戶快速工作部署及作戰(zhàn)訓(xùn)練需求。

2.設(shè)計目標

集中管控設(shè)備采用19英寸標準機架式結(jié)構(gòu)，后面板出線形式，整機功耗小于10W，整體重量小于6kg，環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性、可靠性指標滿足相關(guān)國軍標要求，電子元器件完全國產(chǎn)化，支持國產(chǎn)操作系統(tǒng)、滿足跨平臺操作要求，主要器件性能具備領(lǐng)域內(nèi)主流處理能力，外部接口以CAN和以太網(wǎng)為主，預(yù)留RS232、RS485接口，具備通信指示、維護接口功能。

3.應(yīng)用框圖

集中管控設(shè)備典型應(yīng)用如下：

4.硬件設(shè)計

硬件主要由箱體、連接器、通信主板等組成。

4.1.箱體設(shè)計

箱體形式為19英寸標準上架式結(jié)構(gòu)，高度1U，屏蔽性能滿足國軍標GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》中相關(guān)試驗項目的要求，環(huán)境適應(yīng)性滿足GJB150中高低溫、振動、沖擊、濕熱等相關(guān)要求。箱體外形圖示如下：

4.2.連接器選型

受限于箱體高度，面板上可用于安裝連接器的空間較小，所以選擇F系列推拉式高密度小圓型連接器，該系列電連接器基于GJB9167-2017標準中F系列要求研制，主要用于電子設(shè)備中低頻信號傳輸，具有快速插拔、體積小、抗沖擊、防震動、高屏蔽性能、耐惡劣環(huán)境、密封性好、使用壽命長、操作方便等特點。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于軍、民領(lǐng)域的機械裝備、電臺設(shè)備、檢測設(shè)備、醫(yī)療器械、工業(yè)設(shè)備、試驗室設(shè)備、船舶重工、伺服電機、數(shù)據(jù)傳輸和通訊系統(tǒng)、音視頻傳輸、電源與信號、通信、電力、高鐵、汽車燈場合的交、直流電路的電氣連接。

4.3.通信主板設(shè)計

通信主板的實現(xiàn)形式采用核心板+底板的方式實現(xiàn)，核心板選擇成熟模塊，底板根據(jù)集中管控設(shè)備的接口需求自行研發(fā)。目前，國內(nèi)主流的處理器有龍芯、飛騰、瑞芯微、兆芯、申威、海思等品牌，不少品牌都有系列化的核心板，經(jīng)過選型比對，選擇龍芯2K1000作為核心板。

4.3.1.龍芯2K1000

龍芯2K1000核心板的性能參數(shù)如下：

4.3.2.底板設(shè)計

根據(jù)集中管控設(shè)備的接口需求和性能要求，底板的對外接口包括以太網(wǎng)口、CAN口、RS485/RS232口，對外接口充分考慮電磁兼容性、可靠性等設(shè)計。主要接口電路設(shè)計如下：

（1）以太網(wǎng)接口電路

本設(shè)計選用蘇州裕太車通的千兆工業(yè)級PHY芯片YT8511H，該公司是一家具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的以太網(wǎng)PHY芯片供應(yīng)商，主要服務(wù)有通信領(lǐng)域包括數(shù)通、安防、車載、工業(yè)和特種行業(yè)，是國內(nèi)唯一一家以太網(wǎng)PHY芯片公司，主要產(chǎn)品以太網(wǎng)PHY芯片應(yīng)用于汽車、消費、工業(yè)等行業(yè)。YT8511H是三速10/100/1000BASE-T千兆以太網(wǎng)物理層收發(fā)器，其設(shè)計完全符合RGMII接口規(guī)范，從而與標準的以太網(wǎng)訪問控制器（MAC）和交換控制器兼容。以太網(wǎng)接口主要電路原理圖如下：

（2）CAN接口

CAN接口電路的主要芯片為周立功公司的ZLG_SC1300S CAN接口芯片，其符合ISO11898-2標準，具有未上電節(jié)點不影響總線、單網(wǎng)絡(luò)最多可連接110個節(jié)點、外殼及灌封材料符合UL94 V-0標準、具有極低電磁輻射和高的抗電磁干擾性、高低溫特性好等特點，性能滿足工業(yè)級產(chǎn)品要求。

（3）RS485/RS232接口

RS485/RS232接口的主要芯片選擇思瑞浦的TPT3232E，該芯片符合TIA/EIA-232-F以及ITU V.28標準，通信穩(wěn)定、波形無異常點，外部電路拓撲簡單，通常是國產(chǎn)要求高的情況下的首選芯片。

5.軟件設(shè)計

5.1.系統(tǒng)軟件選擇

5.1.1.麒麟操作系統(tǒng)

銀河麒麟v10是一款面向桌面應(yīng)用的圖形化桌面操作系統(tǒng)，由國防科技大學(xué)、中軟公司、聯(lián)想公司、浪潮集團和民族恒星公司合作研制的，具有高安全、跨平臺、中文化等特點，銀河麒麟操作系統(tǒng)是目前我國通過認證的安全等級最高的操作系統(tǒng)，具有強大的中文處理能力，目前已廣泛應(yīng)用于軍工、政府、金融、電力、教育、大型企業(yè)等眾多領(lǐng)域。

（1）高安全

首家通過公安部計算機信息系統(tǒng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢查中心第四級結(jié)構(gòu)化保護級檢測和中國人民解放軍信息安全測評中心軍用B+級安全認證，是目前國內(nèi)安全等級最高的操作系統(tǒng)。

符合《GB/T 20272-2006 信息安全技術(shù) 操作系統(tǒng)安全技術(shù)要求》第四級結(jié)構(gòu)化保護級的要求，是目前我國通過認證的安全等級最高的操作系統(tǒng)。已廣泛應(yīng)用于軍工、政府、金融、電力、教育、大型企業(yè)等眾多領(lǐng)域，為我國的信息化建設(shè)保駕護航。

（2）跨平臺

符合POSIX系列標準，并兼容Linux目標代碼，Linux平臺上的大型應(yīng)用如圖形環(huán)境、Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)等都可以直接運行在麒麟安全操作系統(tǒng)平臺上，有力拓展了應(yīng)用面。

（3）中文化

嚴格遵從國家標準GB18030-2000《信息交換用漢字編碼字符集基本集的擴充》，達到 GB18030-2000 檢測規(guī)范的最高級別“A+”級產(chǎn)品標準，具有強大的中文處理能力。提供了符合國家相關(guān)標準的中文字體，支持符合GB18030標準的打印系統(tǒng)，具有直接使用中文TrueType字庫進行打印的功能。

5.1.2.Web服務(wù)器軟件

嵌入式Web服務(wù)器是嵌入式設(shè)備中實現(xiàn)的小型web服務(wù)器，對硬件要求較低，可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)為用戶提供服務(wù)。是總控制系統(tǒng)的核心控制組件，是與外部網(wǎng)絡(luò)通信的橋梁。本系統(tǒng)的服務(wù)器擬采用Boa服務(wù)器。Boa服務(wù)器是一個體積小巧的 Web服務(wù)器，最終可執(zhí)行代碼在60KiB左右，Boa服務(wù)器支持CGI，能夠為CGI程序fork出一個進程來執(zhí)行。CGI是用戶界面動態(tài)加載設(shè)備狀態(tài)信息的關(guān)鍵。這些特點特別適合于系統(tǒng)資源比較少的嵌入式系統(tǒng)，并且它的響應(yīng)速度比常規(guī)的服務(wù)器要快很多。

CGI（Common Gateway Interface）公共網(wǎng)關(guān)接口程序是運行在服務(wù)器上的外部程序與Web服務(wù)器之間的接口標準，是Web服務(wù)器與外部通信的關(guān)鍵。主要實現(xiàn)HTML文檔與服務(wù)器應(yīng)用程序之間傳遞信息。當Web服務(wù)器和客戶端之間建立起TCP/IP連接之后，用戶通過瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出一個含有可執(zhí)行應(yīng)用程序的HTTP請求，Web服務(wù)器接收到客戶端的請求后，運行指定的應(yīng)用程序讀取與請求相關(guān)的信息，從而獲取請求中所含的數(shù)據(jù);Web服務(wù)器將這些數(shù)據(jù)傳遞給指定的CGI程序，并運行該程序;CGI程序運行結(jié)束，生成HTML頁面，再由Web服務(wù)器將HTML頁面回送給客戶端;最后由客戶端瀏覽器解釋HTML頁面。

5.2.應(yīng)用軟件設(shè)計

（1）軟件界面設(shè)計

界面設(shè)計以可視化界面為主，通過把復(fù)雜、抽象、專業(yè)的數(shù)據(jù)圖表的屬性和變量，進行直觀、動態(tài)或是通俗易懂的視覺化設(shè)計展示出來。目的是為用戶進行監(jiān)控預(yù)警、提示風(fēng)險、下發(fā)指令時，做出相關(guān)決策提供依據(jù)。軟件界面的設(shè)計風(fēng)格如下：

（2）CAN通信協(xié)議設(shè)計

統(tǒng)一各個設(shè)備的通信協(xié)議規(guī)則，有利于軟件的整體規(guī)劃和減少研發(fā)工作量、提高軟件可靠性和調(diào)試難度。

要求符合CAN2.0A/B 協(xié)議和ISO11898規(guī)范，CAN總線數(shù)據(jù)幀統(tǒng)一采用擴展幀，即29位幀ID。傳輸速率為250kbps，采樣點設(shè)置為80%，3次采樣。數(shù)據(jù)發(fā)送格式為遵從小端字節(jié)序，多字節(jié)字段時，低字節(jié)先發(fā)送，高字節(jié)后發(fā)送。

CAN數(shù)據(jù)幀包含一個單一的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。協(xié)議數(shù)據(jù)單元有五部分組成：分別是分包標識、目標地址、源地址、主題號和數(shù)據(jù)域，表1為協(xié)議幀格式定義。PDU被封裝在一個或多個CAN數(shù)據(jù)幀中，通過物理介質(zhì)傳送到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。每個CAN數(shù)據(jù)幀只能有一個PDU。

注1：幀信息中：FF=0為標準幀，F(xiàn)F=1為擴展幀;RTR=0為數(shù)據(jù)幀，RTR=1為遠程幀;DLC為數(shù)據(jù)長度。

注2：DF是分包標識，字節(jié)2（高三位默認是0）為00-單包，多包時01H-首包，02H～1EH中間包，1FH-結(jié)束包;DA是目標地址;SA是源地址;PF是主題號，字節(jié)5為14H-控制，24H-反饋，34-查詢。目標地址（DA）和源地址（SA）各占8位，總共可以定義255個節(jié)點（設(shè)備）地址。

6.結(jié)束語

本文針對各種通信車輛車載公用系統(tǒng)的集中管控進行研究，設(shè)計一款公用系統(tǒng)集中管控設(shè)備，其在軟硬件的選型及設(shè)計方面，著重考慮電子元器件100%國產(chǎn)化、軟件跨平臺的應(yīng)用需求，結(jié)合裝車布線的實際情況進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足用戶對裝備智能化、信息化的需求。

參考文獻

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