CN108230801A - 一种嵌入式训练并行可重构仿真系统 - Google Patents

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刘硕
楚要钦
段海军
贺莹
郭晓光
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Abstract

为了解决当前训练系统存在的上述技术问题，本发明提供一种嵌入式训练并行可重构仿真系统，属于战术训练仿真领域，涉及一种嵌入式训练并行可重构仿真系统。包括1个任务与数据综合管理模块(CPM)、若干个并行弹道仿真模块(DPM)和1个数据存储和记录模块(MMM)。所述CPM模块可通过8路RS422总线管理DPM模块，通过IDE总线管理MMM模块；所述CPM模块通过GJB289A总线与载机通讯、RS422总线与空中电台通讯、百兆以太网与地面评估中心通讯。本系统能够实现对抗数据实时处理、并行解算，实时弹道解算并生成战场对抗态势，为提供空中训练实时命中结果告知，实现实时对抗仿真。

Description

一种嵌入式训练并行可重构仿真系统
技术领域
本发明属于战术训练仿真领域，涉及一种嵌入式训练并行可重构仿真系统。
背景技术
嵌入式训练目的是为了模拟战场环境，使飞行员进行实战化体验，传统的嵌入式训练系统由于受限于嵌入式计算机系统结构、处理器件性能、数量和规模等影响，系统处理性能很低。单次训练仅能模拟一种发射武器类型，通过将攻击数据下传给地面仿真平台，进行事后评估，既无法同时模拟多种攻击武器类型，也无法实现空中实时命中告知和实时显示对抗结果。所述的传统训练系统的无扩展性、不支持重构和容错，实时性差，训练效率低。
高度综合化嵌入式计算机系统结构设计方法和多核、众核处理器的应用为新一代嵌入式并行训练提高训练效率提供技术支撑。众核处理器实时处理、并行解算，实时弹道结算并生成战场对抗态势，为空中训练实时命中结果告知提供可能，实现实时对抗仿真。利用嵌入式可重构技术，采用重加载方法更新仿真武器类型，极大提高系统的利用率。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种嵌入式训练并行可重构仿真系统，可在空中实时完成多种武器类型并行解算、实时攻击弹道仿真、模拟攻击数据记录和命中结果飞行员告知及事后分析与评估等功能。
本发明的技术解决方案是：本发明提供一种嵌入式训练并行弹道仿真系统，其特殊之处在于：所述嵌入式训练并行弹道仿真系统可在多机对抗训练中同时装载本系统，结合训练系统电台和训练载机在空中形成对抗数据云，多个并行弹道仿真系统通过空中对抗数据云实时共享数据，实现实时进行弹道并行仿真并完成空中训练对抗结果告知。所述的并行弹道仿真应用方法如图1。
上述的并行弹道仿真系统体系架构设计包括1个任务与数据综合管理模块CPM、若干个并行弹道仿真模块DPM和1个数据存储和记录模块MMM；所述的系统结构如图2。所述的CPM模块能够接收载机下发的本机经度纬度、速度、加速度等实时信息；所述DPM模块可并行接收CPM模块下发的攻击武器信息并进行实时弹道解算，生成解算结果，并上报是否命中目标的结果；所述的MMM模块可存储武器类型模板、解算算法库和记录攻击仿真数据。
上述的CPM模块采用PowerPC处理器和大规模可编程逻辑器件组成系统核心管理平台，通过GJB289A总线与载机通讯，获得载机当前位置信息、速度信息、加速度信息，进行综合任务管理并下发各DPM弹道解算数据；同时，CPM模块通过高速RS422串口与训练系统电台通讯，将当前模拟武器类型、弹道模拟及解算数据实时发送给电台，通过“数据云端”发送给参与训练任务的其他参训载机训练系统，形成空中数据云，包括三部分信息：载机基本数据、攻击方武器数据和被攻击方武器数据。所述的多种数据可由CPM模块通过IDE接口记录到MMM模块，必要时也可通过IDE接口从MMM模块提取新武器类型模板，也可将数据通过“云端”实时发送训练系统地面指挥中心。
上述的DPM模块采用多核DSP处理器和大规模可编程逻辑器件组成系统核心解算节点，多个DPM模块可并行接收解算任务并实时处理。所述的DPM模块采用FPGA设计多路RS422串口与CPM通讯，接收CPM下发的解算任务，完成实时解算，上报解算结果。多个DPM模块节点可通过Qlink进行数据交互、通过SDP进行命令交互。多个智能DPM模块根据任务复杂程度选择多个处理器核共同完成某种武器类型仿真或并行仿真多个武器类型，多个DSP核互为冗余备份，可在故障模式时进行容错功能互换，还可根据仿真武器类型种类和解算任务量进行系统扩展。
上述的MMM模块采用控制器和Flash阵列完成数据存储和记录功能。CPM模块通过IDE接口访问MMM模块，MMM模块存储武器类型库、弹道解算算法库和实时记录弹道解算仿真数据。其特征在于支持武器类型解算算法重构，还可记录仿真对抗结果，将数据下载到地面评估中心完成训练结束后的事后评估。
本发明的优点是：
本发明所提供的嵌入式训练并行可重构仿真系统采用高度综合化嵌入式计算机系统结构，结合多核处理器和众核处理器应用实现嵌入式可重构并行仿真。本系统中的多个DSP核通过Qlink共享数据、双DSP通过FPGA共享数据，多个DPM模块通过MMM模块存储共享数据，多个嵌入式训练并行可重构仿真系统通过空中实时对抗数据云共享数据，实现真正的智能化、网络化并行仿真，其优点还在于依靠可重构技术重载新武器仿真类型和参数，实现系统的智能延展，且利用多DSP核并行仿真、多DPM模块并行仿真，极大提高了系统的并行解算能力和系统实时性、容错性和可靠性。有效保证现代嵌入式训练中模拟多机对抗态势，实现实时对抗仿真，有效提高嵌入式对抗训练的训练水平。
附图说明
图1是本发明所提供的并行仿真系统应用示意图；
图2是本发明所提供的并行仿真系统框架原理图；
图3是本发明所提供的任务与数据综合管理模块原理示意图；
图4是本发明所提供的并行弹道仿真节点模块原理示意图；
图5是本发明所提供的武器类型重构控制流示意图；
具体实施方式
参见图2，以1个CPM模块、4个DPM模块和1个MMM模块所构成的弹道仿真系统为例，本发明提供了一种嵌入式并行弹道仿真系统，利用多核、众核技术，设计实现多任务并行处理，多弹道模型并行解算，多发同类型武器并行模拟等。该系统包括1个CPM模块、4个DPM模块和1个MMM模块。CPM模块通过1MHz的GJB289A总线采集载机传递的信息，采用速率为1.8432MHz的RS422总线接收空中电台发来的云端“敌机”数据，系统内部全部采用传输速率为1.8432MHz的RS422总线内部互联，解算后数据通过3MHz的IDE接口由CPM模块将数据存储到MMM模块，必要时，CPM模块从MMM模块提取新武器解算算法，进行系统重构，完成新武器类型攻击事件仿真模拟。
以下采用具体实施例对本发明作进一步说明：
如图3所示，所述的CPM模块采用PC8349处理器作为系统任务与数据管理的核心，采用PCI总线访问2片大规模可编程逻辑XC6SLX150实现多种外部接口。其中1片FPGA实现1路GJB289A总线与载机通讯，实现8路RS422串口与1个DPM节点通信；另一片FPGA实现9路RS422接口，1路用于和空中电台进行数据交互，其余8路与另一个DPM节点通讯，还实现1路PCI转IDE接口访问MMM。
CPM模块可通过RS422总线下发仿真武器攻击数据和更新弹道仿真算法，DPM模块通过总线及GPIO响应CPM模块指令和上报仿真结果，PowePC处理器具有1路10M/100M自适应接口和1路RS232调试接口，百兆网口用于系统和事后评估的地面评估中心通讯，1路RS232串行接口用于系统调试。
如图4所示，DPM模块采用2片FT-Q6713/500J作为主处理器构建并行处理阵列，每个FT-Q6713/500J包含4个C6713核，单模块8路并行解算，每个处理器核都具有独立的存储资源：SDRAM和Flash，模块通过可编程控制逻辑器件XC3S1400A来实现处理器局部端总线的控制逻辑。处理器内部4核通过QLINK和SDP进行信息交互。
模块上每个处理器对外输出1路RS232接口和4路RS422接口。其中，8路RS232接口引至内部互联背板与CPM模块通讯，2路RS232接口连接至底板连接器用于调试及维护，8路GPIO连接CPM模块FPGA，用于CPM模块和DPM模块中断控制。
多个DSP核采用Qlink进行数据交互，通过SDP进行命令交互，在算法复杂情况下采用多核共同仿真同一算法的不同段数据流，在算法相对简单时并行仿真多个算法数据流。在复杂算法情况下采用多个DSP、多个DPM节点并行仿真。
如图5所示，所述的MMM模块采用通用标准2.5寸64GB存储模块，存储模块采用IDE接口智能控制器，管理多片SLC Flash存储器，利用FAT32文件系统可分区优势，将存储空间分割成4个存储子块，单个字块存储一种武器类型仿真算法和实时仿真结果的记录，还可以通过IDE接口由CPM模块更新新的武器模型。

Claims (7)

1.一种嵌入式训练并行可重构仿真系统，其特征在于：所述的嵌入式训练并行可重构仿真系统包括1个任务与数据综合管理模块CPM、若干个并行弹道仿真模块DPM和1个数据存储和记录模块MMM；所述CPM模块可通过8路RS422总线管理DPM模块，通过IDE总线管理MMM模块；所述CPM模块通过GJB289A总线与载机通讯、RS422总线与空中电台通讯、百兆以太网与地面评估中心通讯。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式训练并行可重构仿真系统，其特征在于：所述的CPM模块采用PowerPC处理器和大规模可编程逻辑设计。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式训练并行可重构仿真系统，其特征在于：所述的DPM模块采用2个多核DSP构成并行仿真核心电路，采用大规模可编程逻辑设计接口电路。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式训练并行可重构仿真系统，其特征在于：所述的MMM模块采用控制加Flash阵列的设计方法，并且采用分区存储多个DPM模块使用的武器仿真算法模型和仿真记录数据的数据结构。
5.根据权利要求2所述的嵌入式训练并行可重构仿真系统，其特征在于：所述所属的CPM模块采用的大规模可编程逻辑实现PCI转换为IDE接口访问MMM模块。
6.根据权利要求3所述的一种嵌入式训练并行可重构仿真系统，其特征在于：所述DPM模块的每个多核DSP的各个核拥有独立的存储系统，可独立或联合仿真武器算法，2个DSP核可无差别功能互换或容错备份，多核间采用Qlink和共享数据池(SDP)进行数据、命令交互。
7.根据权利要求2或3或4所述的嵌入式训练并行可重构仿真系统，其特征在于：所述的嵌入式训练并行可重构仿真系统为嵌入式可重构系统；CPM模块可通过IDE访问MMM模块提取新武器类型参数和模型重载给多个DPM模块节点的任意DSP核。
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