CN107168919A - 一种弹载平台数据采集存储系统和方法 - Google Patents

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楼晨风
胡麟苗
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Abstract

本发明公开了一种弹载平台数据采集存储系统和方法，不同种类的外部信号分别通过数据采集模块读入到低功耗SoC芯片，数据经过处理存储在Micro SD卡内，最后通过USB接口上位机把数据读回分析。本发明的技术方案由硬件部分和软件控制部分组成。硬件部分包括一块低功耗SoC芯片做主控器，三个用于数据采集的接入模块，与上位机通信的USB接口模块，Micro SD卡存储模块以及外围配置电路。软件控制部分主要实现了数据采集、压缩处理和数据存储。本发明具有功耗低、体积小、存储速度快以及可靠性高等优点，可以方便安装在各种飞行器平台，用于飞行试验中实时数据采集和存储。

Description

一种弹载平台数据采集存储系统和方法
技术领域
本发明涉及一种弹载平台数据采集存储系统，具体来说是一种弹载数据记录仪，实现对多路信号的实时采集和存储。
背景技术
弹载数据记录仪的主要作用是对导弹飞行中的各种数据信息进行采集与记录，通过对数据记录仪的信息进行回读和分析，可以评估导弹在飞行过程中的性能，从而对其功能进行修改和完善。
为了适应各种恶劣的工作环境，弹载数据记录仪要求具有满足抗高过载、抗冲击力强，在高温以及低温下正常工作，防电磁干扰等特点。此外由于导弹舱体内空间限制，对数据记录仪的体积以及功耗都由严格要求。
现有的弹载数据记录仪组成结构复杂，包括了电源模块、FPGA数据处理模块、DSP控制模块以及FLASH存储阵列模块等部分，各个模块的协同工作实现数据的记录。已知的数据记录仪系统结构复杂，开发难度大，功耗很高并且成本高昂，此外现有的系统往往采用FLASH阵列进行数据的存储来提高存储容量，但这种方式数据存储速度较低一般在20～30MB/s，控制逻辑实现比较复杂，同时FLASH阵列在印制电路板上的占用面积大，不利于系统的小型化实现。
发明内容
本发明的目的在于设计一种基于SoC的低功耗弹载平台数据采集存储系统，解决现有弹载数据记录仪系结构复杂，功耗较高，以及存储速度慢、容量小，数据读出操作复杂的缺点。为实现上述目的本发明的硬件装置采用主控模块、接口模块和电源模块的协同工作实现数据的存储和回读。本发明具有系统体积小、功耗低、读写速度快、存储容量大等特点，并且通过USB接口由上位机实现对实验数据的回读，极大地方便了操作。
为实现上述技术问题，本发明采用的硬件装置为：一块低功耗SoC芯片、模拟视频采集接入模块、CAN总线接入模块、RS422总线接入模块、USB接口模块，Micro SD卡存储模块以及外围配置电路。
各硬件组成部分特征在于：所述的低功耗SoC芯片为低功耗处理器，内部集成ARM处理器和专用视频处理模块，所述的模拟视频采集接入模块包含一个将模拟标清视频转为数字信号的视频解码芯片TVP5150AM1，所述的CAN总线接入模块包含一个带SPI接口的CAN总线控制器芯片MCP2515，所述的RS422总线接入模块包含一个电平转换芯片MAX3490，所述的USB接口模块包含一个限流配电开关芯片TPS2065D，所述的Micro SD卡存储模块使用工业级高速存储SD卡，所述的外围配置电路包括24Mhz的无源晶振、DDR存储芯片、电源系统。
各硬件模块之间的连接关系为：外部信号与低功耗SoC芯片之间分别通过模拟视频采集接入模块、CAN总线接入模块、RS422总线接入模块相连，低功耗SoC芯片直接与USB接口模块、Micro SD卡存储模块相连，晶振输出端直接与低功耗SoC芯片连接。
数据采集存储系统对各路信号实时处理、存储的步骤如下：
⑴低功耗SoC芯片驱动模拟视频采集接入模块、CAN总线接入模块、RS422总线接入模块将采集的各路数据分别进行格式转换，然后读入到低功耗SoC芯片；
⑵通过嵌入式linux编程，利用多线程和乒乓缓存技术，低功耗SoC芯片将视频数据进行硬件编码实时压缩，最终以H264格式的文件存储在Micro SD卡上，CAN总线数据和RS422串口数据缓存处理后以文本的形式存储在Micro SD卡上；
⑶上位机将存储的数据从所述Micro SD卡存储模块上通过USB接口进行回读，并做进一步分析处理。
所述的一种低功耗弹载平台数据采集存储系统，利用上位机将飞行试验结束后的数据从所述接口模块的Micro SD上通过所述USB接口模块进行回读，并做分析处理。
本发明显著特点有以下几点：
⑴利用SoC嵌入式系统设计，系统具有功耗低、体积小的特点，正常工作状态下功耗在5w左右
⑵实现了多路信号的同时采集和存储，包括一路模拟视频数据、一路CAN总线和一路RS422总线数据
⑶对视频数据采用硬件实时H264格式压缩处理，保证了图像质量同时减少对存储空间的需求
⑷使用工业级Micro SD卡为存储介质，可以根据实际的使用情况，通过更换大容量的SD卡可完成升级，并且读写速度最高可达80M/s。
⑸上位机通过USB接口与数据记录仪通信，极大地方便了飞行试验后数据的读出和处理
⑹设计了基于嵌入式Linux操作系统的软件，使用多任务多线程和乒乓缓存处理技术，使得软件应用程序效率更高、稳定性更好。
附图说明
图1为本发明数据采集存储系统的系统框图。
图2为本发明数据采集存储系统的数据处理流程图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明，所述的实施例是本发明的部分实施例，不是全部的实施例。
图1是本发明的一种弹载平台数据采集存储系统的系统框图。本发明的硬件装置包括：一块低功耗SoC芯片、模拟视频采集接入模块、CAN总线接入模块、RS422总线接入模块、USB接口模块，Micro SD卡存储模块以及外围配置电路。
本发明实施例中所述低功耗SoC芯片的型号为TMS320DM368ZCED，所述低功耗SoC芯片做为主控器，该芯片采用ARM+硬件编解码器的硬件架构，具有尺寸小、功耗低、编解码速度快等优点，是德州仪器公司的一款低功耗处理器。其内部包含的ARM926EJ-S处理器工作频率可达432MHz，同时具有MJCP和HDVICP两个协处理器，可实现MPEG、H.264等格式的压缩处理，此外内部还集成视频处理子系统及各种其他丰富的外部存储或通讯总线控制器。该主控模块上运行嵌入式linux操作系统，支持多任务操作，实时性好，用于对各路信号的采集和存储控制、以及外围电路的控制。
所述的模拟视频采集接入模块用到了一个视频解码芯片TVP5150AM1和一个14端子的MOLEX线至板连接器，所述视频解码芯片TVP5150AM1，支持PAL/NTSC/SECMA格式视频解码，具有封装小、功耗超低的特性，正常工作时功耗在115mw左右，实现了一路视频信息采集；所述的CAN总线接入模块包含一个带SPI接口的CAN总线控制器芯片MCP2515和一个CAN总线收发器SN65HVD230以及一个10端子的线至板连接器，CAN总线控制器芯片MCP2515主要由三部分组成：CAN通信协议模块、CAN通信控制逻辑模块、SPI接口协议模块，所述低功耗SoC芯片通过SPI接口，使用标准的SPI读写指令实现对MCP2515的初始化、数据发送和数据接收的功能操作，实现了一路CAN总线接口；所述的RS422总线接入模块包含一个电平转换芯片MAX3490和一个8端子的线至板连接器，MAX3490芯片实现差分方式进行数据的传输，有效的克服了通信过程中干扰、噪声、传输效率低等缺点，实现了一路RS422总线接口；所述的USB接口模块包含一个限流配电开关芯片TPS2065D、一个4端子线至板连接器和一个USB2.0A型连接器；所述的Micro SD卡存储模块直接与低功耗SoC芯片相连，所述的MicroSD卡为工业级高速大容量SD卡；
所述的外围配置电路中的DDR存储芯片的型号为MT47H64M16HR，容量为128MB，用于数据的缓存。
图2为本发明数据采集存储系统的数据处理流程图。
外部的场景视频信息在模拟视频采集接入模块中，经视频解码芯片将模拟视频转换为YUV422数字视频格式，数据由低功耗SoC芯片读入，由内部硬件编解码器实时压缩处理，以H264格式的文件写入到Micro SD卡存储。
导弹的飞行姿态信息数据通过CAN总线接入模块，数据由CAN控制器通过SPI接口输出到低功耗SoC芯片，低功耗SoC芯片对数据进行处理以文本的形式写入到Micro SD卡存储。
导弹的飞行姿态方位信息和指令接入RS422总线接入模块，差分数据经过转换后输入到低功耗SoC芯片，低功耗SoC芯片对数据进行处理以文本的形式写入到Micro SD卡存储。
低功耗SoC芯片可运行嵌入式linux操作系统，实现对外围器件的初始化，基于多线程和乒乓缓存技术实现的软件算法，实现了数据的采集、压缩和存储的高效处理。
综上所述，本发明涉及一种弹载数据记录仪，包括电源模块、接口模块和主控模块，三个模块分别在三块独立印制电路板上实现，安装在导弹舱体内部，数据记录仪对导弹飞行过程中的场景视频信息进行H.264格式硬件压缩存储，以及飞行姿态等数据进行实时记录并存储至高速大容量SD卡，使用USB接口与上位机通讯，极大地方便了飞行试验后数据的读出和处理。本弹载数据记录仪具有高可靠性、低功耗、小型化的特点。

Claims (2)

1.一种弹载平台数据采集存储系统，包括低功耗SoC芯片、模拟视频采集接入模块、CAN总线接入模块、RS422总线接入模块、USB接口模块，Micro SD卡存储模块以及外围配置电路，其特征在于：
所述的低功耗SoC芯片内部集成ARM处理器和专用视频处理模块；
所述的模拟视频采集接入模块包含一个将模拟标清视频转为数字信号的视频解码芯片TVP5150AM1；
所述的CAN总线接入模块包含一个带SPI接口的CAN总线控制器芯片MCP2515；
所述的RS422总线接入模块包含一个电平转换芯片MAX3490；
所述的USB接口模块包含一个限流配电开关芯片TPS2065D；
所述的Micro SD卡存储模块使用工业级高速存储SD卡；
所述的外围配置电路包括24Mhz的无源晶振、DDR存储芯片、电源系统；
外部信号与低功耗SoC芯片之间分别通过模拟视频采集接入模块、CAN总线接入模块、RS422总线接入模块相连，低功耗SoC芯片直接与USB接口模块、Micro SD卡存储模块相连，晶振输出端直接与低功耗SoC芯片连接。
2.一种基于权利要求1所述的弹载平台数据采集存储系统的信号处理方法，其特征在于方法如下：
不同类别的飞行数据可分别通过模拟视频采集接入模块、CAN总线接入模块、RS422总线接入模块输入到电路板，由低功耗SoC芯片读入到DDR存储芯片进行缓存并实时处理，处理后的数据分别存储到Micro SD卡；各路信号实时处理、存储的具体步骤如下：
1)低功耗SoC芯片驱动模拟视频采集接入模块、CAN总线接入模块、RS422总线接入模块将采集的各路数据分别进行格式转换，然后读入到低功耗SoC芯片；
2)通过嵌入式linux编程，利用多线程和乒乓缓存技术，低功耗SoC芯片将视频数据进行硬件编码实时压缩，最终以H264格式的文件存储在Micro SD卡上，CAN总线数据和RS422串口数据缓存处理后以文本的形式存储在Micro SD卡上；
3)上位机将存储的数据从所述Micro SD卡存储模块上通过USB接口进行回读，并做进一步分析处理。
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