CN105806399A - 一种弹载记录仪测量参数混合组帧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种弹载记录仪测量参数混合组帧方法，该方法采用FPGA芯片来接收测量参数，其中数字量测量参数直接通过串口进入到FPGA芯片中存入FIFO2；模拟量测量参数则通过顺次连接的多路复用器和A/D转换器进入到FPGA芯片中，最终由FPGA写入到其外接的FLASH存储器中。其中采用n通道的A/D转换器进行模拟量测量参数的采集，采集获得全包数据包后发送至FPGA中；FPGA中依照采集频率从全包数据包中提取数据并进行组帧，组帧后的数据存入FIFO1；然后在GPIO中断服务程序中，将FIFO1和FIFO2的数据分别写入外接FLASH存储器不同的页面。该方法简化帧格式，提高有效信号传输带宽，降低多路开关控制算法及数据处理软件复杂性，且具备一定灵活性。

Description

一种弹载记录仪测量参数混合组帧方法
技术领域
本发明涉及导弹飞行参数测量技术领域，具体涉及一种弹载记录仪测量参数混合组帧方法。
背景技术
弹载记录仪用于战术导弹飞行过程中各类参数的采集和存储。
弹载记录仪作为低成本遥测的一种有效手段，主要利用的是数据采集与存储技术。通常采用FPGA器件完成多路开关的切换，A/D转换、数据采集、测量参数混合组帧及形成数据流等功能；采用单片机或DSP作为主控芯片控制FLASH存储器，实现缓存数据流的存储与读取。
目前，在工程设计上，弹载记录仪采集变速率测量参数组帧时，一般需要创建测量参数波道表，将被测参数按照不同的采样速率进行排序后，填充到波道表中。波道表格式如图1所示。
波道表中同时填充有帧同步码、帧尾、副帧ID等“标记字节”以及填充字节等“服务字节”。一般选用速变参数作为主帧，缓变参数作为副帧，数字量参数作为“浮动帧”。按照测量参数的采样速率及通道数目，计算出波道表中各类参数的填充位置，不够的字节使用填充字节填补，在波道表中开辟填充“浮动帧”的窗口，将数字量按照“异步嵌入”方式填充。这种方式存在如下问题和不足：
(1)波道表复杂。当路数过多时，编写波道表过程繁杂，并且当被测参数改变时，又需要重新设计波道表；
(2)“服务字节”过多，每一个全帧均由多种被测参数信息字节拼凑而成，含有大量副帧ID，填充字节，帧尾等“服务字节”，不但提高了采集存储的码速率，而且导致有效信号传输带宽降低；
(3)增加了系统复杂性。按照波道表控制多路开关切换时算法复杂，且多路开关部分硬件电路复杂。
(4)增加了地面数据处理软件的复杂性。回收到存储器存储的被测参数后，按照波道表进行解包，还原相应被测参数的过程复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种弹载记录仪测量参数混合组帧方法，该方法简化帧格式，提高有效信号传输带宽，降低多路开关控制算法及数据处理软件复杂性，且具备一定灵活性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：该方法采用FPGA芯片来接收测量参数，其中数字量测量参数直接通过串口进入到FPGA芯片中，模拟量测量参数则通过顺次连接的多路复用器和A/D转换器进入到FPGA芯片中，最终由FPGA写入到其外接的FLASH存储器中，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、采用n通道的A/D转换器，每个通道采用m选一的多路复用器进行扩展；其中m、n均为正整数。
其中模拟量测量参数具有k种采样频率，每种采样频率均有预设的底限，将k种采样频率在不超过其底限的情况下进行调整，获得k种采样频率从大到小排序依次为F1～Fk，且两相邻项之间为整数倍关系。
步骤2、控制A/D转换器按照mF1的频率对模拟量测量参数进行采集，采集过程中m选一的多路复用器中的m个通路顺次选通，经过m次采集和A/D转换之后，将转换后的数据打包形成一个全包数据包发送至FPGA中进行组帧。
步骤3、在所述FPGA中依照F1～Fk的采样频率生成k类触发信号，然后每间隔频率F1判断触发信号，顺次判别频率Fk、Fk-1、……、F1所生成的触发信号，并在FPGA中创建第一先入先出缓存区FIFO1，并为FIFO1设置半满标识，设置外接FLASH满一页数据字节大小时触发半满标识。
则当收到Fi对应的触发信号则从所述全包数据包提取出采样频率为F1～Fi的数据，并添加包头和信息标识从而形成一包数据发往FIFO1；其中i从k依次取到1。
步骤4、在FPGA中创建第二先入先出缓存区FIFO2，FIFO2设置半满标记，FPGA通过串口接收外部输入的数字量测量参数的数据包直接发往FIFO2，其中一个数据包的字节大小触发FIFO2的半满标记。
步骤5、在FPGA中，配置两个GPIO中断为上升沿触发，触发信号分别为FIFO1与FIFO2的半满标志。
在GPIO中断服务程序中，将FIFO1和FIFO2的数据分别写入外接FLASH存储器不同的页面。
进一步地，步骤2中，FPGA通过多路开关切换控制A/D转换器每个通道的切换。
进一步地，FPGA芯片为带处理器内核的FPGA，其中使用FPGA的Frabic部分完成步骤3和步骤4，使用FPGA的处理器内核完成步骤5。
有益效果：
该方法相对于现有的方法，其采用较简单的编帧算法即可完成，适应性较强。多路开关控制简单，硬件设计简单，由于在FPGA中，通过采用不同频率对应的触发信号，能够按照对应频率从全包数据包中提取相关频率时所能采集的数据，相比现有方法可避免重复提取，从而使得发往FIFO的每一包数据量减小，在一定程度上提高了有效数据带宽。模拟量与数字量分区存储，数据处理软件简单。
附图说明
图1为测量参数波道表帧格式；
图2为本发明硬件电路原理框图；
图3调理电路。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
该方法采用FPGA芯片来接收测量参数，其中数字量测量参数直接通过串口进入到FPGA芯片中，模拟量测量参数则通过顺次连接的多路复用器和A/D转换器进入到FPGA芯片中，最终由FPGA写入到其外接的FLASH存储器中。本实施例中采用具体实例进行说明，如图2所示，其中：A/D转换器选用8通道的16位转换器，每个通道使用四选一多路复用器进行扩展，总共可以扩展32路。FPGA选用带处理器内核的产品。
本发明的实现步骤如下：
测量参数混合组帧的软件实现步骤如下：
步骤1、采用n通道的A/D转换器，每个通道采用m选一的多路复用器进行扩展；其中m、n均为正整数；
其中模拟量测量参数具有k种采样频率，每种采样频率均有预设的底限，将k种采样频率在不超过其底限的情况下进行调整，获得k种采样频率从大到小排序依次为F1～Fk，且两相邻项之间为整数倍关系；
本实施例中假设模拟量被测参数有3种采样频率(Hz)，分别要求按照不小于f1,f2,f3的频率进行采集。根据三种采样频率，需要将其采样频率在尽可能接近f1,f2,f3的情况下调整至满足如下关系：F1>F2>F3，且满足F1＝xF2＝xyF3。x、y均为正整数。
步骤2、控制A/D转换器按照mF1的频率对模拟量测量参数进行采集，经m次A/D转换之后，将转换后的数据打包形成一个全包数据包发送至FPGA中进行组帧。
本实施例中，控制多路开关的切换频率按照4F1依次进行切换，控制A/D按照4F1进行采样，并缓存每次采样的数据至寄存器。则A/D完成四次转换，则所有的32路模拟量被测参数及开关量参数均会被路由。将此32路模拟量被测数据以及开关量数据进行拼包，形成一“全包”数据，包含所有的模拟量及开关量数据。
步骤3、在所述FPGA中依照F1～Fk的采样频率生成k类触发信号，然后每间隔频率F1判断触发信号，顺次判别频率Fk、Fk-1、……、F1所生成的触发信号，并在FPGA中创建第一先入先出缓存区FIFO1，并为FIFO1设置半满标识，设置外接FLASH满一页数据字节大小时出发半满标识。
则当收到Fi对应的触发信号则从所述全包数据包提取出采样频率为F1～Fi的数据，并添加包头，信息标识等形成一包数据发往FIFO1；其中i从k依次取到1。
本实施例中，按照F1,F2,F3的采样频率分别在FPGA中生成定时信号，形成三类触发信号。每间隔频率F1在同一时钟边沿处判断触发信号(case语句中判断)，先判别频率F3形成的触发信号，再判别频率F2形成的触发信号，最后判别率F1形成的触发信号。创建FIFO1来存储模拟量和开关量测量参数。FIFO1设置半满标记，设置当前选取FLASH存储器一页数据字节大小触发半满标记。
(1)当收到F3对应的触发信号则从“全包”数据中提取出采样频率为F1、F2和F3的模拟量数据和开关量数据，并添加包头，信息标识等形成一包数据发往FIFO1；
(2)当收到F2对应的触发信号则从“全包”数据中提取出采样频率为F1和F2的模拟量数据和开关量数据，并添加包头，信息标识等形成一包数据发往FIFO1；
(3)当收到F1对应的触发信号则从“全包”数据中提取出采样频率为F1的模拟量数据和开关量数据，并添加包头，信息标识等形成一包数据发往FIFO1。
在FPGA中，通过采用不同频率对应的触发信号，能够按照对应频率从全包数据包中提取相关频率时所能采集的数据，相比现有方法可避免重复提取，从而使得发往FIFO的每一包数据量减小，在一定程度上提高了有效数据带宽。
步骤4、在FPGA中创建第二先入先出缓存区FIFO2，FIFO2设置半满标记，FPGA通过串口接收外部输入的数字量测量参数的数据包直接发往FIFO2，其中一个数据包的字节大小触发FIFO2的半满标记；
本实施例中、创建FIFO2来存储数字量测量参数。FIFO2设置半满标记，设置一包数据量的字节大小触发半满标记。每当串口接收到数字量测量参数，则直接发往FIFO2。
步骤5、在FPGA中，配置两个GPIO中断为上升沿触发，触发信号分别为FIFO1与FIFO2的半满标志；在GPIO中断服务程序中，将FIFO1和FIFO2的数据分别写入外接FLASH存储器不同的页面。
本实施例中、处理器内核中，配置两个GPIO中断为上升沿触发，触发信号分别为FIFO1与FIFO2的半满标志。在GPIO中断服务程序中，将FIFO1和FIFO2的数据分别写入FLASH存储器不同的页面，实现模拟量与数字量的分区存储。
本实施例可以弹载记录仪硬件电路原理如图2所示，主要由信号接口电路、多路开关控制电路、A/D控制电路、FPGA电路、FLASH控制电路、数据通讯单元以及供电电路组成。
图2中开关量到FPGA的Fabric进行采集的中间最好加一个调理电路。因为FPGA不能直接采集通断信号，需要通过一个调理电路，如图3所示。综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种弹载记录仪测量参数混合组帧方法，其特征在于，该方法采用FPGA芯片来接收测量参数，其中数字量测量参数直接通过串口进入到FPGA芯片中，模拟量测量参数则通过顺次连接的多路复用器和A/D转换器进入到FPGA芯片中，最终由FPGA写入到其外接的FLASH存储器中，该方法具体包括如下步骤：
步骤1、采用n通道的A/D转换器，每个通道采用m选一的多路复用器进行扩展；其中m、n均为正整数；
其中模拟量测量参数具有k种采样频率，每种采样频率均有预设的底限，将k种采样频率在不超过其底限的情况下进行调整，获得k种采样频率从大到小排序依次为F1～Fk，且两相邻项之间为整数倍关系；
步骤2、控制A/D转换器按照mF1的频率对模拟量测量参数进行采集，采集过程中m选一的多路复用器中的m个通路顺次选通，经过m次采集和A/D转换之后，将转换后的数据打包形成一个全包数据包发送至FPGA中进行组帧；
步骤3、在所述FPGA中依照F1～Fk的采样频率生成k类触发信号，然后每间隔频率F1判断触发信号，顺次判别频率Fk、Fk-1、……、F1所生成的触发信号，并在FPGA中创建第一先入先出缓存区FIFO1，并为FIFO1设置半满标识，设置外接FLASH满一页数据字节大小时触发半满标识；
则当收到Fi对应的触发信号则从所述全包数据包提取出采样频率为F1～Fi的数据，并添加包头和信息标识从而形成一包数据发往FIFO1；其中i从k依次取到1；
步骤4、在FPGA中创建第二先入先出缓存区FIFO2，FIFO2设置半满标记，FPGA通过串口接收外部输入的数字量测量参数的数据包直接发往FIFO2，其中一个数据包的字节大小触发FIFO2的半满标记；
步骤5、在FPGA中，配置两个GPIO中断为上升沿触发，触发信号分别为FIFO1与FIFO2的半满标志；
在GPIO中断服务程序中，将FIFO1和FIFO2的数据分别写入外接FLASH存储器不同的页面。
2.如权利要求1所述的一种弹载记录仪测量参数混合组帧方法，其特征在于，所述步骤2中，FPGA通过多路开关切换控制A/D转换器每个通道的切换。
3.如权利要求2所述的一种弹载记录仪测量参数混合组帧方法，其特征在于，
所述FPGA芯片为带处理器内核的FPGA，其中使用FPGA的Frabic部分完成步骤3和步骤4，使用FPGA的处理器内核完成步骤5。
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