CN112068867B - 飞控计算机内多功能板软件在线加载架构及加载方法 - Google Patents

飞控计算机内多功能板软件在线加载架构及加载方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于飞控计算机电子领域，具体涉及一种飞控计算机内多功能板软件在线加载架构及方法，是一种便捷快速、硬件资源占用少的多块功能板软件同时在线升级方法。本发明主要使用各个功能板的FPGA资源，通过在FPGA内设计软件在线升级的控制器实现各个功能板的软件在线升级。

Description

飞控计算机内多功能板软件在线加载架构及加载方法
技术领域
本发明属于飞控计算机电子领域，具体涉及一种飞控计算机内多功能板软件在线加载方法，是一种便捷快速、硬件资源占用少的多块功能板软件同时在线升级方法。
背景技术
在飞控系统中飞控计算机是系统中的核心部件，其功能往往非常复杂，因此在一台飞机计算机内部往往具有多块实现不同功能的电路板。随着飞机试飞或控制律的设计，这些功能板的软件经常需要进行升级和维护，而实现在飞机上在线升级各个功能板软件，是装备可维护性的强制要求。在以往的在线升级方案中，需要针对每个功能板有一路软件升级总线及离散量，但是如果功能板较多，就需要非常多的总线接口及离散量接口，导致飞控计算机对外插头资源占用较多，但是其实这些资源只是在地面软件升级时才使用，正常飞行中不使用，因此造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的：使用最少的硬件资源实现飞控计算机内多功能板的软件在线升级。本发明主要使用各个功能板的FPGA资源，通过在FPGA内设计软件在线升级的控制器实现各个功能板的软件在线升级。
本发明的技术方案：一方面，提供一种飞控计算机内多功能板软件在线加载架构，所述在线加载架构包括：一个计算机升级串口RS422和多个多功能板；多个多功能板通过一个计算机升级串口RS422进行连接；
多功能板设置有串口驱动器、FPGA、与门和CPU；FPGA上设置有软件升级控制器；
串口驱动器上设置有发送端口DO、接收端口RI、接收使能端RE*和发送使能端DE；FPGA设置有发送端FPGA_TX、发送使能端TX_EN、接收端FPGA_RX和LRM_ID接收端；CPU上设置有接收端口CPU_RX、发送端口CPU_TX端口和SOFT_UP状态量接收端；
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量，并连接到串口驱动器的接收使能端RE*和CPU的SOFT_UP状态量接收端；若SOFT_UP状态量无效，则CPU正常执行原来的嵌入式软件程序；若SOFT_UP状态量有效，串口驱动器接收计算机升级串口RS422发送的数据包，并通过接收端口RI发送给FPGA的接收端FPGA_RX，FPGA的软件升级控制器处理后经发送端FPGA_TX发送给CPU的接收端口CPU_RX，CPU根据接收的数据进行升级，同时通过发送端口CPU_TX反馈加载状态给计算机升级串口RS422，以进行升级监控。
进一步地，软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量进行对比，判断是否将接收到的来自接收端口RI的数据转发给CPU。
进一步地，FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE，以控制控制串口驱动器是否向计算机升级串口RS422发送数据。
进一步地，CPU中内嵌有BOOTLOADER程序，该程序在上电检测一次SOFT_UP状态量来判断是否更新CPU中的FLASH程序。
进一步地，离散量LRM_ID包括一个校验位和N-1个数据位，N表示离散量的位数；通过设置离散量LRM_ID的校验位来检测N-1个数据位是否有故障。
进一步地，软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量的N-1个数据位进行对比，判断是否一致。
进一步地，假设FPGA检测离散量LRM_ID的方法为奇校验，则根据N-1个数据位中1的个数来设定校验位：
如果N-1个数据位中1的个数为奇数，则检验位设定为0；
如果N-1个数据位中1的个数为偶数，则检验位设定为1。
另一方面，提供一种飞控计算机内多功能板软件在线加载方法，利用如上所述的在线加载架构，所述在线加载方法包括：
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量；CPU中的BOOTLOADER程序上电检测一次SOFT_UP状态量，判断SOFT_UP状态量是否有效；
若SOFT_UP状态量无效，则CPU正常执行原来的嵌入式软件程序；
若SOFT_UP状态量有效，串口驱动器接收计算机升级串口RS422发送的数据包，并发送给FPGA，FPGA的软件升级控制器判断来自串口驱动器的数据与接收到的离散量LRM_ID是否一致；
若对比不一致，FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE关闭，FPGA不发送数据给CPU；
若对比一致，FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE打开，FPGA发送数据给CPU，CPU将接收的数据更新到FLASH中，实现软件升级；同时，CPU通过串口驱动器反馈加载状态给计算机升级串口RS422，以进行升级监控。
进一步地，地空状态量GSE包括地面状态和空中状态；编程允许状态量ISPL包括编程允许状态和编程禁止状态；
当地空状态量GSE为地面状态且编程允许状态量ISPL为编程允许状态时，SOFT_UP状态量有效。
本发明具有的优点和有益效果：
1、该在线加载方案不受飞控计算机内功能板数量的限制，只需通过设计LRU_ID[1:N]的位数，就可以适用2N-1个功能板的软件在线加载。
2、即使飞控计算机内功能板数量有所增加，但是飞控计算机的对外插头仍然只需6个管脚(发送正端RS422_RX+、发送负端RS422_RX-、接收正端RS422_TX+、接收负端RS422_TX-，地空状态量GSE，编程允许状态量ISPL)，因此可以保证飞控计算机的对外接口仍然保持不变。
3、在软件升级时，只需将地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL设置为“地面状态”和“编程允许”状态，然后一次上电，就可以实现多个功能板软件的依次升级，而不需要多次上电来实现。
附图说明
图1为功能板内的软件加载接口图；
图2为飞控计算内的多个功能板软件加载接口图。
具体实施方式
实施例1
一种飞控计算机内多功能板软件在线加载架构及加载方法，该方法使用各个功能板的FPGA资源设计软件在线升级控制器，实现多功能板软件在线升级功能，采取的步骤如下：
步骤一、图2为飞控计算内的多个功能板软件加载接口图，结合图2所示，在线加载架构包括：一个计算机升级串口RS422和多个多功能板；在每个功能板上设置一路计算机升级串口RS422总线，选取带发送和接收使能控制端的串口驱动器，其中发送端口为DO，接收端口为RI，接收使能端为RE*，发送使能端为DE。
步骤二、将每个功能板的软件升级串口连接在一起，使得飞控计算机对外只有一个四线的计算机升级串口RS422，信号分别为发送正端RS422_RX+、发送负端RS422_RX-、接收正端RS422_TX+、接收负端RS422_TX-。
同时将所有功能板的地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL也连接在一起，这样可以使得无论增加多少个功能板，飞控计算机的对外硬件接口只有计算机升级串口RS422和一个GSE,一个ISPL。
步骤三、图1为功能板内的软件加载接口图，结合图1所示，多功能板设置有串口驱动器、FPGA、与门和CPU；FPGA上设置有软件升级控制器；串口驱动器上设置有发送端口DO、接收端口RI、接收使能端RE*和发送使能端DE；FPGA设置有发送端FPGA_TX、发送使能端TX_EN、接收端FPGA_RX和LRM_ID接收端；CPU上设置有接收端口CPU_RX、发送端口CPU_TX端口和SOFT_UP状态量接收端。
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量，并连接到串口驱动器的接收使能端RE*和CPU的SOFT_UP状态量接收端。
步骤四、SOFT_UP状态量由飞控计算机外部的地空状态量GSE离散量和编程允许状态状态量ISPL综合，保证在“地面状态”下并且“编程允许”时，软件升级SOFT_UP状态量才有效。在每个功能板CPU内设计BOOTLOADER启动程序，该程序的工作逻辑为在复位之后先检测软件升级SOFT_UP状态量，并且只检测一次，如果SOFT_UP状态量有效，则BOOTLOADER软件通过CPU_RX接收数据，更新FLASH数据，从而实现软件升级。同时BOOTLOADER软件通过发送端口CPU_TX实时显示软件更新的状态。如果SOFT_UP状态量无效，则处理器正常执行原来的嵌入式软件程序。
步骤五、在FPGA内设计软件升级控制器，该软件升级控制器的发送端FPGA_TX连接CPU的接收端CPU_RX，该软件升级控制器的接收端FPGA_RX连接到串口驱动器的接收端RI，并且用FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE。同时在计算机背板上设置LRM_ID，保证不同的功能板槽位有不同的LRM_ID，将该信号连接到FPGA上。软件升级控制器的功能为接收RI端口的总线数据并进行解析，与当前LRM_ID对比，如果相同，就说明接收到了软件加载指令，则FPGA将串口驱动器RI的数据转发至CPU_RX串口，实现软件升级，同时TX_EN使能，允许该功能板的CPU_TX发送烧写的进度和状态。如果与LRM_ID不同，则不给CPU_RX发送数据，同时TX_EN置为无效，本板不驱动计算机的升级串口RS422。
本实施例中，离散量LRM_ID包括一个校验位和N-1个数据位，N表示离散量的位数；通过设置离散量LRM_ID的校验位来检测N-1个数据位是否有故障。软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量的N-1个数据位进行对比，判断是否一致。
假设FPGA检测离散量LRM_ID的方法为奇校验，则根据N-1个数据位中1的个数来设定校验位：如果N-1个数据位中1的个数为奇数，则检验位设定为0；如果N-1个数据位中1。为偶数，则检验位设定为1。
步骤六、离散量LRM_ID[1:N]位数N的确定方法为设定LRM_ID[1]的1位为校验位，LRM_ID[2:N-1]的N-1位为数据，只要2N-1大于功能板的数量M即可。
步骤七、该在线加载方案的工作逻辑为如果GSE为地面状态，并且ISPL为编程允许状态，则FPGA内的软件升级控制器接收串口驱动器RI端口的总线数据并进行解析，与当前LRM_ID对比，如果相同，就说明接收到了软件加载指令，则FPGA将串口驱动器RI的数据转发至CPU_RX串口，CPU内的BOOTLOADER程序通过CPU_RX串口更新FLASH程序，实现软件升级，同时FPGA将TX_EN使能，允许该功能板的CPU_TX发送烧写的进度和状态。如果与LRM_ID不同，则FPGA不给CPU_RX发送数据，同时TX_EN置为无效，本板不驱动计算机的升级串口。
如果GSE为“空中”状态，或者ISPL为“编程禁止”状态，则SOFT_UP为无效状态，此时串口驱动器的接收使能端RE*无效，FPGA无法收到串口驱动器RI的数据，则CPU_RX无数据，CPU上电后运行原来FLASH中的程序。

Claims (8)

1.一种飞控计算机内多功能板软件在线加载架构，其特征在于，所述在线加载架构包括：一个计算机升级串口RS422和多个多功能板；多个多功能板通过一个计算机升级串口RS422进行连接；
多功能板设置有串口驱动器、FPGA、与门和CPU；FPGA上设置有软件升级控制器；
串口驱动器上设置有发送端口DO、接收端口RI、接收使能端RE*和发送使能端DE；FPGA设置有发送端FPGA_TX、发送使能端TX_EN、接收端FPGA_RX和LRM_ID接收端；CPU上设置有接收端口CPU_RX、发送端口CPU_TX和SOFT_UP状态量接收端；
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量，并连接到串口驱动器的接收使能端RE*和CPU的SOFT_UP状态量接收端；若SOFT_UP状态量无效，则CPU正常执行原来的嵌入式软件程序；若SOFT_UP状态量有效，串口驱动器接收计算机升级串口RS422发送的数据包，并通过接收端口RI发送给FPGA的接收端FPGA_RX，FPGA的软件升级控制器处理后经发送端FPGA_TX发送给CPU的接收端口CPU_RX，CPU根据接收的数据进行升级，同时通过发送端口CPU_TX反馈加载状态给计算机升级串口RS422，以进行升级监控；
其中，软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量进行对比，判断是否将接收到的来自接收端口RI的数据转发给CPU。
2.根据权利要求1所述的多功能板软件在线加载架构，其特征在于，FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE，以控制串口驱动器是否向计算机升级串口RS422发送数据。
3.根据权利要求1所述的多功能板软件在线加载架构，其特征在于，CPU中内嵌有BOOTLOADER程序，该程序在上电检测一次SOFT_UP状态量来判断是否更新CPU中的FLASH程序。
4.根据权利要求1所述的多功能板软件在线加载架构，其特征在于，离散量LRM_ID包括一个校验位和N-1个数据位，N表示离散量的位数；通过设置离散量LRM_ID的校验位来检测N-1个数据位是否有故障。
5.根据权利要求4所述的多功能板软件在线加载架构，其特征在于，软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量的N-1个数据位进行对比，判断是否一致。
6.根据权利要求4所述的多功能板软件在线加载架构，其特征在于，假设FPGA检测离散量LRM_ID的方法为奇校验，则根据N-1个数据位中1的个数来设定校验位：
如果N-1个数据位中1的个数为奇数，则检验位设定为0；
如果N-1个数据位中1的个数为偶数，则检验位设定为1。
7.一种飞控计算机内多功能板软件在线加载方法，利用权利要求1至6任一项所述的在线加载架构，其特征在于，所述在线加载方法包括：
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量；CPU中的BOOTLOADER程序上电检测一次SOFT_UP状态量，判断SOFT_UP状态量是否有效；
若SOFT_UP状态量无效，则CPU正常执行原来的嵌入式软件程序；
若SOFT_UP状态量有效，串口驱动器接收计算机升级串口RS422发送的数据包，并发送给FPGA，FPGA的软件升级控制器判断来自串口驱动器的数据与接收到的离散量LRM_ID是否一致；
若对比不一致，FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE关闭，FPGA不发送数据给CPU；
若对比一致，FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE打开，FPGA发送数据给CPU，CPU将接收的数据更新到FLASH中，实现软件升级；同时，CPU通过串口驱动器反馈加载状态给计算机升级串口RS422，以进行升级监控。
8.根据权利要求7所述的飞控计算机内多功能板软件在线加载方法，其特征在于，
地空状态量GSE包括地面状态和空中状态；编程允许状态量ISPL包括编程允许状态和编程禁止状态；
当地空状态量GSE为地面状态且编程允许状态量ISPL为编程允许状态时，SOFT_UP状态量有效。
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