数据通信和数据存储系统设计..docVIP

数据通信和数据存储系统设计 作品概述 电子飞行仪表系统（EFIS/Electronic Flight Instrument System）是一种近几年才发展起来的先进的航空电子仪表系统，它是现代电子技术、计算机技术、显示技术飞行控制技术和理论结合的产物。它的基本原理是通过机载计算机，收集来自飞机上各种传感器的数据，经过加工处理后，以动态图形和数据的方式在液晶显示屏（LCD）上显示，给飞行员提供飞行所需的飞行、导航以及飞机系统的信息。电子飞行仪表系统是航空电子综合系统最重要的组成部分. 相对于传统的机械或机电式仪表，电子飞行仪表系统有很多的优点。首先，它实现了综合显示，减少了仪表的数量，使飞机仪表板布局简洁，便于观察，提高了作为人机接口的仪表系统的可读性。其次，它的数据传输、处理和显示部分都是数字化的，不会带来附加的系统误差，显示精度很高。再次，由于采用固态器件，提高了其寿命，可靠性，随着电子元器件价格的不断下降，在市场上电子飞行仪表系统将比机电式仪表系统更有竞争力。 电子飞行仪表系统虽然在国外开始应用于军用飞机和某些大中型民用飞机上，但是在国内，由于种种原因，我国尚无自行研制的电子飞行仪表系统。作为中国航空航天的最高学府—北京航空航天大学的学生，我们希望能通过我们的努力，改变这一状况,尽快缩小与发达国家的差距.所以我们小组的三个成员一致同意在航空电子领域选题。 根据2002年全国大学生电子设计竞赛——嵌入式系统专题竞赛的要求，我们利用竞赛组委会所提供的JingWei板，设计开发了嵌入式电子飞行仪表系统。JingWei板是一块基于Intel SA-1110处理器的嵌入式系统开发板。它的核心——Intel SA-1110 CPU是一款高性能的面向移动设备和嵌入式应用的微处理器，包含了指令集和数据缓存、MMU、存储控制模块和外围控制模块，具有高性能、低功耗的特点。同时，它还拥有丰富的外围设备资源，特别是它有一块5.7〞TFT LCD（分辨率为320×240），使得它无论是在运算能力、显示效果，还是在功耗、体积上都很适合用来研制开发电子飞行仪表系统。 电子飞行仪表系统分别由电子综合显示和告警系统，飞行数据采集系统、数据通信及存储系统、信号调理系统组成。如下图所示。 图1 电子飞行仪表系统构成框图 从上图可以看到飞机上的各种参数通过传感器和信号调理系统处理后，转换成采集系统能接收的模拟信号。采集系统将模拟和数字信号都转换成一定格式的数字信号后，由通信系统传送给显示系统，显示告警系统将得到的飞机各种数据通过图形的方式显示在LCD上，同时也对数据进行分析，如果有异常情况，就发出不同程度的警告。有关信号调理系统及飞行数据采集系统的相关细节请参看《飞行数据采集系统软硬件设计》，电子综合显示及告警系统请参看《软件结构的设计与实现》。 数据通信及数据存储系统概述 在对飞机进行飞行控制的过程中，飞行员要根据各个传感器和GPS等仪器不断实时提供的飞机位置、姿态等各种飞行参数，操纵飞机按任务飞行。因此，要求在系统的设计上，必须能够给飞行员提供直观与完备的可视化界面。在飞行数据可视化之前，首先应对它们进行采集、提取。 数据通信和接口部分实现了由通信接口读入编码数据，将数据译码为我们所规定的有效的格式后，转换成可供计算机程序直接调用的变量值等功能。我们将读入的数据通过程序转换为有效格式后，存储在全局对象中。这就使其他模块可使用当前的数据帧。一旦成功的实现了软件和硬件通信部分，飞机的飞行参数就可以成功的采集到计算机，有了这些飞行参数，便有了实现图形显示的最根本的基础。 作为数据存储功能的黑匣子是飞机专用的电子记录设备之一，飞机各机械部位和电子仪器仪表都装有传感器与之相连。它能把飞机停止工作或失事坠毁前数小时的有关技术参数和驾驶舱内的声音记录下来，需要时可根据记录的参数来进行飞行实验和事故的分析。很多空难的原因都是通过黑匣子找出来的，因此它就成了事故的见证，从而避免同样事故发生，更好地采取安全措施。 电子飞行仪表系统在工作过程中，需要实时更新包括本机的空速、密度高度、离地高度、航向角、升降速度、俯仰角、倾斜角等各种数据，以及从母机传送来的其他子机的各种位置、速度信息，这些信息对飞行员都有极为重要的参考价值。所以，保证数据的实时、完整和准确，是数据通信和数据存储设计时的重点。 数据通信的方案设计 为了制定一套完整可靠的数据通信方案，我们分别从硬件平台、物理接口、编程方式等方面进行考虑，由外及内，由“硬”及“软”，层层深入地进行分析论证。 一、硬件平台 根据我们所提出的基于JingWei的电子飞行仪表系统的性能与指标，在经过了不断讨论和调研之后，我们最终对硬件平台提出了以下两套实现