CN112350911A - 基于多种通信总线的地面电气系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种基于多种通信总线的地面电气系统，及航天体地面电气产品，用于克服相关技术中通信效率较低的问题。地面电气系统包括：地面测发控计算机，具有计算机背板、电源模块、计算机核心模块及多个通信模块，电源模块、计算机核心模块及多个通信模块电连接于计算机背板；通信模块包括：CAN通信模块、以太网交换模块、1553B通信模块及RS422通信模块；CAN通信模块用于通过CAN总线与地面电源电连接；以太网交换模块用于通过以太网总线与弹地武器接口及控制终端电连接；1553B通信模块用于通过1553B总线与弹地武器接口电连接；RS422通信模块用于通过RS422总线与远程控制系统及瞄准系统电连接。

Description

基于多种通信总线的地面电气系统

技术领域

本申请涉及航天体地面电气产品，尤其是涉及一种基于多种通信总线的地面电气系统。

背景技术

地面电气系统作为战术武器电气系统的总要组成部分，集综合测试、发射、监测和处理等功能于一体，担负着在试验室、总装厂、技术阵地完成对导弹武器的联调、测试和总检查工作，同时还可以在发射阵地完成导弹武器的发射前检测以及发射控制任务。

相关技术中，由于地面电气设备种类差异性较大，设备连接相对复杂，导致地面电气设备通信种类和数量较多，设备彼此之间通信系统变得十分困难，传统的做法都是在各自设备的基础上设计一台转接设备，以将自身设备的通信总线转化成CAN总线，从而实现地面设备的通信网络，然而CAN总线面临着总线速率慢、各单位产品一致性差、信道容易出堵塞等问题，限制了地面电气设备的通信网络能力，导致通信效率较低。

发明内容

本申请实施例中提供一种基于多种通信总线的地面电气系统，用于克服相关技术中各地面电气设备将自身通信总线转化为CAN总线进行通信导致的通信效率较低的问题。

本申请第一方面实施例提供一种基于多种通信总线的地面电气系统，包括：地面测发控计算机，具有计算机背板、电源模块、计算机核心模块及多个通信模块，所述电源模块、计算机核心模块及多个通信模块均通过CPCI总线电连接于所述计算机背板；所述计算机背板具有HDMI接口，用于与基地电连接；

所述通信模块包括：CAN通信模块、以太网交换模块、1553B通信模块及RS422通信模块；所述CAN通信模块具有CAN接口，用于通过CAN总线与地面电源电连接；所述以太网交换模块具有以太网接口，用于通过以太网总线与弹地武器接口及控制终端电连接；所述1553B通信模块具有1553B接口，用于通过1553B总线与弹地武器接口电连接；所述RS422通信模块具有RS422接口，用于通过RS422总线与远程控制系统及瞄准系统电连接。

在其中一种可能的实现方式中，所述计算机核心模块包括多线程处理器及中断控制器，所述多线程处理器及中断控制器安装于所述计算机背板；多个所述通信模块通过所述中断控制器电连接于所述多线程处理器。

在其中一种可能的实现方式中，所述计算机核心模块还包括中断派发器，所述中断派发器连接于所述中断控制器与多线程处理器之间；所述中断控制器用于根据优先级次序建立中断向量表，根据所述中断向量表将中断信号按照优先级顺序发送给所述中断派发器，所述中断派发器用于将所述中断信号发送给所述多线程处理器；所述中断信号包括各通信模块中断信号及软中断信号。

在其中一种可能的实现方式中，所述地面测发控计算机通过双路以太网总线与所述控制终端电连接；双路以太网总线包括主路以太网总线及备用以太网总线，所述备用以太网总线用于在主路以太网总线出现故障时切换至工作状态。

在其中一种可能的实现方式中，所述地面测发控计算机通过双路CAN总线与所述地面电源电连接，所述双路CAN总线包括主路CAN总线及备用CAN总线，所述主路CAN总线对应于所述主路以太网总线，所述备用CAN总线对应于所述备用以太网总线；

其中，所述地面电源通过双路CAN总线同时发送心跳及状态信息和结果，所述控制终端优先检测主路以太网总线心跳信息，且在所述主路以太网心跳信息不存在时切换至所述备用以太网与所述地面电源通信。

在其中一种可能的实现方式中，所述地面测发控计算机通过双路RS422总线与所述远控系统电连接，所述双路RS422总线包括主路RS422总线及备用RS422总线，其中，主路RS422总线对应于主路以太网总线，备用RS422总线对应于备用以太网总线。

在其中一种可能的实现方式中，所述地面测发控计算机通过双路RS422总线与所述瞄准系统电连接，所述双路RS422总线包括主路RS422总线及备用RS422总线，其中，主路RS422总线对应于主路以太网总线，备用RS422总线对应于备用以太网总线。

在其中一种可能的实现方式中，所述地面测发控计算机通过双路以太网总线与所述弹地武器接口电连接，其中一路以太网总线用于在另一路以太网总线出现故障时切换至工作状态；所述地面测发控计算机通过双路1553B总线与所述弹地武器接口电连接，其中一路1553B总线用于在另一路1553B总线出现故障时切换至工作状态。

在其中一种可能的实现方式中，在所述地面测发控计算机、基地、地面电源、弹地武器接口、控制终端、远控系统、瞄准系统中，在其中一电气设备发送指令时，若在预设时间段内未收到另一电气设备的应答信息，则重新发送所述指令；若发送指令且未收到应答信息的次数达到阈值，则确定两个电气设备之间存在网络通信故障。

在其中一种可能的实现方式中，各类接口分别具有相应的通信协议。

在其中一种可能的实现方式中，所述地面测发控计算机采用VxWorks操作系统。

本申请实施例提供的地面电气系统，能够将多类通信总线融合通信，利于快速、有效地生成地面高可靠通信网络，利于提高地面电气数据的吞吐量，防止信道堵塞情况发生，保证地面电气产品的可靠有序运行，进而提高了通信效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为一示例性实施例提供的地面电气系统的结构框图；

图2为一示例性实施例提供的地面测发控计算机的结构框图；

图3为另一示例性实施例提供的地面电气系统的结构框图；

图4为一示例性实施例提供的地面电气系统中多类总线通信时的响应机制的示意图；

图5为一示例性实施例提供的地面电气系统中指令与回令应答、超时重传机制的示意图。

附图标记说明：

1-地面测发控计算机；11-计算机背板；12-计算机核心模块；121-多线程处理器；122-中断控制器；123-中断派发器；13-电源模块；14-通信模块；141-CAN通信模块；142-1553B通信模块；143-以太网交换模块；144-RS422通信模块；

2-控制终端；

3-CAN总线设备；31-地面电源；4-RS422设备；41-远控系统；42-瞄准系统；5-1553B设备；51-弹地武器接口；6-以太网设备。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为了克服相关技术中的一些问题，本申请实施例提供一种基于多种通信总线的地面电气系统，建立多种(也即多类)通信总线的星型网络，将多类通信总线融合通信，实现地面测发控计算机与其它电气设备的通信网络，从而利于快速、有效地生成地面高可靠通信网络，该通信网络能够容纳多种通信结构，利于提高地面电气数据的吞吐量，防止信道堵塞情况发生，保证地面电气产品的可靠有序运行，进而提高了通信效率。

下面结合附图对本实施例提供的地面电气系统的结构、功能及实现过程进行举例说明。

如图1所示，本实施例提供的基于多种通信总线的地面电气系统，包括：控制终端2、地面测发控计算机1、CAN总线设备3、RS422设备4、1553B设备5及以太网设备6。地面测发控计算机1分别与控制终端2、CAN总线设备3、RS422设备4、1553B设备5及以太网设备4通信连接。

可以理解的是：在具体实现过程中，CAN总线设备3、RS422设备4、1553B设备4及以太网设备6之间有重叠。

其中，CAN总线设备3包括基于CAN总线实现通信的电气设备，可包括地面电源31。RS422设备4包括基于RS422总线实现通信的电气设备，可以包括远控系统41及瞄准系统42。1553B设备5包括基于1553B总线实现通信的电气设备，可以包括弹地武器接口51。以太网设备6包括基于以太网总线实现通信的电气设备，可包括弹地武器接口51。此外，控制终端2也可基于太网总线实现与地面测发控计算机1的通信。

如图2所示，地面测发控计算机1具有计算机背板11、电源模块、计算机核心模块12及多个通信模块14。所述电源模块13、计算机核心模块12及多个通信模块14均电连接于所述计算机背板11。

其中，如图3所示，所述通信模块14包括：CAN通信模块141，具有CAN接口，用于通过CAN总线与地面电源31电连接；以太网交换模块143，具有以太网接口，用于通过以太网总线与弹地武器接口51及控制终端2电连接；1553B通信模块142，具有1553B接口，用于通过1553B总线与弹地武器接口51电连接；RS422通信模块144，具有RS422接口，用于通过RS422总线与远控制统41及瞄准系统42电连接。

另外，所述计算机背板11具有HDMI接口，用于与基地电连接。所述地面测发控计算机1可以采用VxWorks操作系统，以提高各通信模块14的响应速度，避免多类总线通信造成的通信阻塞故障。所述电源模块13、计算机核心模块12及多个通信模块14均通过CPCI总线电连接于所述计算机背板11。

此外，各类通信模块14的数量可根据实际需要进行设置。在设置通信模块14之前，可先对地面电气系统中各电气设备的接口类型及数量进行统计，再根据统计结果来设置通信模块14的类型及数量。

示例性地，以某型号的航天体为例：经统计，其控制终端2和测发控计算机的通信接口为以太网，发射车通信接口为CAN总线，地面电源31的通信接口为CAN总线，弹地武器接口51的为以太网和1553B总线，远控系统41的通信接口为RS422，瞄准系统42的通信接口为RS422，基地通信接口为视频接口。同步针对各个通信接口的配置进行选择。接口类型、数量及配置如表1所示。

表1接口类型、数量及配置

基于统计的接口数量级类型，设置能够满足表1中各接口的通信模块14。具体地，选择1个CAN通信模块141，以1个太网交换模块143，1个1553B通信模块142，1个RS422通信模块144。此外，CPCI总线作为计算机背板11总线；且在计算机背板11设置HDMI接口。上述各通信模块14的满足情况如表2所示；其中，数量可以指相应模块的接口数量。

表2地面测发控计算机各模块满足情况

如此，本示例中，上线了对基于多种通信总线的星型网络的初步建立，能够容纳多种通信结构，且提高地面电气数据的吞吐量，防止信道堵塞情况发生。

进一步地，如图4所示，地面电气系统建立有制定有以中断响应式的通信响应机制，能够进一步避免多类总线通信造成的通信阻塞故障。

示例性地，所述计算机核心模块12包括多线程处理器121及中断控制器122，所述多线程处理器121及中断控制器122安装于所述计算机背板11并形成主板；多个所述通信模块14通过所述中断控制器122电连接于所述多线程处理器121。

主板可采用基于中断控制器122的多线程处理方式，该方式不仅可以有效的隐藏长时间的访存延迟，而且省去了线程切换时线程相关信息的保存和恢复操作，减少了线程切换的开销，从而提高了处理器效率。

所述计算机核心模块12还包括中断派发器123，所述中断派发器123连接于所述中断控制器122与多线程处理器121之间；所述中断控制器122用于根据优先级次序建立中断向量表，根据所述中断向量表将中断信号按照优先级顺序发送给所述中断派发器123，所述中断派发器123用于将所述中断信号发送给所述多线程处理器121；所述中断信号包括各通信模块14中断信号及软中断信号。

也即，中断控制器122用于统一管理各通信模块14中断和软中断，根据各中断信号的优先级，按优先级次序将建立中断向量表，根据中断向量表将中断信号按照优先级顺序发送给中断派发器123；其中，中断向量表具有各通信模块14的中断等级。中断派发器123将中断信号派发到多线程处理器121，由多线程处理器121控制执行相应的中断控制。

如图4所示，设通信模块14包括：总线1通信模块14a、总线2通信模块14b、总线3通信模块14c、总线4通信模块14d、总线5通信模块14e。中断控制器122用于根据预先设置的优先级次序建立关于上述各通信模块14的中断向量表，且根据终端向量表将相应的中断信号按照优先级顺序发送给中断派发器123。其中，中断向量表如图中A所示，具有总线1中断等级、总线2中断等级、总线3中断等级、总线4中断等级及总线5中断等级。总线1中断等级为总线1通信模块14a的中断等级；总线2中断等级为总线2通信模块14b的中断等级；总线3中断等级为总线3通信模块14c的中断等级；总线4中断等级为总线4通信模块14d的中断等级；总线5中断等级为总线5通信模块14e的中断等级。

进一步地，地面电气系统建立有建立通信可靠性保障机制，以保证相应链路或通路的通信可靠性。

示例性地，所述地面测发控计算机1通过双路以太网总线与所述控制终端2电连接；双路以太网总线包括主路以太网总线及备用以太网总线，所述备用以太网总线用于在主路以太网总线出现故障时切换至工作状态。

也即，地面测发控计算机1与控制终端2通过冗余以太网总线来保证通信可靠性。双路太网总线分别对应于两个通道。在工作时，只有一个通道的以太网总线处于工作状态，另一通道的以太网总线处于“热备份”状态；当处于工作状态的以太网总线出现通信故障时，将处于“热备份”状态的以太网总线切换至工作状态。

所述地面测发控计算机1通过双路CAN总线与所述地面电源31电连接，所述双路CAN总线包括主路CAN总线及备用CAN总线，所述主路CAN总线对应于所述主路以太网总线，所述备用CAN总线对应于所述备用以太网总线。

其中，所述地面电源31通过双路CAN总线同时发送心跳及状态信息和结果，所述控制终端2优先检测主路以太网总线心跳信息，且在所述主路以太网心跳信息不存在时切换至所述备用以太网与所述地面电源31通信。

地面测发控计算机1与地面电源31采用双路CAN通信链路保证通信可靠性。控制终端2的主路以太网总线对应主路CAN总线，控制终端2的备用以太网总线对应备用CAN总线；地面电源31通过两路CAN总线同时发送心跳、状态信息和结果，控制终端2默认首先监测主路CAN总线的心跳信息，若主路CAN总线的心跳信息存在，则通过主路CAN总线与地面电源31通信，若主路CAN总线心跳信息不存在，切换至备用CAN总线与地面电源31通信。

所述地面测发控计算机1通过双路RS422总线与所述远控系统41电连接，所述双路RS422总线包括主路RS422总线及备用RS422总线，其中，主路RS422总线对应于主路以太网总线，备用RS422总线对应于备用以太网总线。

地面测发控计算机1与远控系统41采用双路RS422通信链路保证通信可靠性，控制终端2与地面测发控计算机1的主路以太网总线对应地面测发控计算机1与远控系统41的主路RS422总线作为主通路。同理，备用以太网总线对应备用RS-422总线作为备用通路。总线工作时，只有一个通道的总线处于工作状态，另一通道的总线处于“热备份”状态，当处于工作状态的总线任意一段出现通信故障时即将处于“热备份”状态的通道切换为主通道。例如，在工作时，只有主通路处于工作状态，备用通路处于“热备份”状态；当主通路出现通信故障时，将备用通路切换至工作状态。

所述地面测发控计算机1通过双路RS422总线与所述瞄准系统42电连接，所述双路RS422总线包括主路RS422总线及备用RS422总线，其中，主路RS422总线对应于主路以太网总线，备用RS422总线对应于备用以太网总线。

地面测发控计算机1与瞄准系统42采用双路RS422通信链路保证通信可靠性，控制终端2与地面测发控计算机1的主路以太网总线对应地面测发控计算机1与瞄准系统42的主路RS422总线作为主通路。同理，备用以太网总线对应备用RS-422总线作为备用通路。总线工作时，只有一个通道的总线处于工作状态，另一通道的总线处于“热备份”状态，当处于工作状态的总线任意一段出现通信故障时即将处于“热备份”状态的通道切换为主通道。例如，在工作时，只有主通路处于工作状态，备用通路处于“热备份”状态；当主通路出现通信故障时，将备用通路切换至工作状态。

所述地面测发控计算机1通过双路以太网总线与所述弹地武器接口51电连接，其中一路以太网总线用于在另一路以太网总线出现故障时切换至工作状态；所述地面测发控计算机1通过双路1553B总线与所述弹地武器接口电连接，其中一路1553B总线用于在另一路1553B总线出现故障时切换至工作状态。

一方面，地面测发控计算机1与弹地武器接口51通过双路冗余以太网通信；其中一路对应的通道处于工作状态时，另一路通道则处于“热备份”状态；当处于工作状态的总线出现通讯故障时，切换至处于“热备份”状态的通道。

另一方面，地面测发控计算机1与弹地武器接口51通过双路1553B总线通信，双路1553B总线采用A、B总线双冗余设计；其中一路对应的通道处于工作状态时，另一路通道则处于“热备份”状态。当处于工作状态的总线出现通讯故障时，切换至处于“热备份”状态的通道。

如此，完成对地面电气系统通信网络的冗余设置，保证地面电气系统的通信可靠性。

进一步地，地面电气系统建立有指令与回令应答、超时重传机制，进一步保证通信可靠性。

示例性地，在所述地面测发控计算机1、基地、地面电源13、弹地武器接口51、控制终端2、远控系统41、瞄准系统42中，在其中一设备发送指令时，若在预设时间段内未收到另一设备的应答信息，则重新发送所述指令；若发送指令且未收到应答信息的次数达到阈值，则确定两个设备之间存在网络通信故障。其中，预设时间段和阈值可根据实际需要进行设置，本实施例此处不做具体限定。

例如，如图5所示，设相互通信的两个电气设备分别为第一设备7a与第二设备7b。第一设备7a设置有超时重传模块71及多个指令回令判断模块72；多个指令回令判断模块72分别对应于多个总线通路；例如，当有两个总线通路时，则指令回令判断模块72为两个，两个指令回令判断模块72分别对应于两个总线通路。

指令回令判断模块72的指令发出后，超时重传模块71确定指令回令判断模块72在预设时间段内未收到第二设备7b的回令也即应答信息，则第一设备7a的超时重传模块71控制指令回令判断模块72立即重发该指令；最多重发2次，若3次发送指令后均未收到应答则认为该路网络通信故障。

进一步地，地面电气系统建立有局域不同通信种类的通信协议。根据不同接口的特点，指令不同的通信协议满足各个产品的快速通信。各类接口分别具有相应的通信协议。其中，通信协议帧格式以接口设计，即同一类接口的产品的帧格式保持一致。以太网通信帧格式设置可如表3所示。

表3以太网通信帧格式

RS422通信帧格式如表4所示，数据区第一个字节用于设置帧类型以区分不同功能的数据帧，数据帧类型如表5所示。

表4 RS422通信帧格式

表5数据帧类型

CAN总线和1553B总线通信帧格式按照标准进行通信，并同样采用标准的方式区分不同通信指令和数据，此处不再叙述。

另外，本实施例未做说明的部分，可采用本领域的常规技术手段或公知常识来实现。

并且，本实施例的地面电气系统能够适用于不同领域地面电气产品的通信网络设计，例如运载领域、武器领域等均可使用。针对不同类型的地面电气产品，选择不同功能的地面测发控计算机可以更快实现通信网络的建立。多种通信总线的通信协议也可针对产品的重要等级进行设计，提高系统可靠性和有效性。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于多种通信总线的地面电气系统，其特征在于，包括：地面测发控计算机，具有计算机背板、电源模块、计算机核心模块及多个通信模块，所述电源模块、计算机核心模块及多个通信模块均通过CPCI总线电连接于所述计算机背板；所述计算机背板具有HDMI接口，用于与基地电连接；

所述通信模块包括：CAN通信模块、以太网交换模块、1553B通信模块及RS422通信模块；所述CAN通信模块具有CAN接口，用于通过CAN总线与地面电源电连接；所述以太网交换模块具有以太网接口，用于通过以太网总线与弹地武器接口及控制终端电连接；所述1553B通信模块具有1553B接口，用于通过1553B总线与弹地武器接口电连接；所述RS422通信模块具有RS422接口，用于通过RS422总线与远程控制系统及瞄准系统电连接。

2.根据权利要求1所述的地面电气系统，其特征在于，所述计算机核心模块包括多线程处理器及中断控制器，所述多线程处理器及中断控制器安装于所述计算机背板；多个所述通信模块通过所述中断控制器电连接于所述多线程处理器。

3.根据权利要求2所述的地面电气系统，其特征在于，所述计算机核心模块还包括中断派发器，所述中断派发器连接于所述中断控制器与多线程处理器之间；所述中断控制器用于根据优先级次序建立中断向量表，根据所述中断向量表将中断信号按照优先级顺序发送给所述中断派发器，所述中断派发器用于将所述中断信号发送给所述多线程处理器；所述中断信号包括各通信模块中断信号及软中断信号。

4.根据权利要求1所述的地面电气系统，其特征在于，所述地面测发控计算机通过双路以太网总线与所述控制终端电连接；双路以太网总线包括主路以太网总线及备用以太网总线，所述备用以太网总线用于在主路以太网总线出现故障时切换至工作状态。

5.根据权利要求4所述的地面电气系统，其特征在于，所述地面测发控计算机通过双路CAN总线与所述地面电源电连接，所述双路CAN总线包括主路CAN总线及备用CAN总线，所述主路CAN总线对应于所述主路以太网总线，所述备用CAN总线对应于所述备用以太网总线；

其中，所述地面电源通过双路CAN总线同时发送心跳及状态信息和结果，所述控制终端优先检测主路以太网总线心跳信息，且在所述主路以太网心跳信息不存在时切换至所述备用以太网与所述地面电源通信。

6.根据权利要求4所述的地面电气系统，其特征在于，所述地面测发控计算机通过双路RS422总线与所述远控系统电连接，所述双路RS422总线包括主路RS422总线及备用RS422总线，其中，主路RS422总线对应于主路以太网总线，备用RS422总线对应于备用以太网总线。

7.根据权利要求5所述的地面电气系统，其特征在于，所述地面测发控计算机通过双路RS422总线与所述瞄准系统电连接，所述双路RS422总线包括主路RS422总线及备用RS422总线，其中，主路RS422总线对应于主路以太网总线，备用RS422总线对应于备用以太网总线。

8.根据权利要求1所述的地面电气系统，其特征在于，所述地面测发控计算机通过双路以太网总线与所述弹地武器接口电连接，其中一路以太网总线用于在另一路以太网总线出现故障时切换至工作状态；所述地面测发控计算机通过双路1553B总线与所述弹地武器接口电连接，其中一路1553B总线用于在另一路1553B总线出现故障时切换至工作状态。

9.根据权利要求1所述的地面电气系统，其特征在于，在所述地面测发控计算机、基地、地面电源、弹地武器接口、控制终端、远控系统、瞄准系统中，在其中一电气设备发送指令时，若在预设时间段内未收到另一电气设备的应答信息，则重新发送所述指令；若发送指令且未收到应答信息的次数达到阈值，则确定两个电气设备之间存在网络通信故障。

10.根据权利要求1所述的地面电气系统，其特征在于，各类接口分别具有相应的通信协议；和/或，所述地面测发控计算机采用VxWorks操作系统。

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