RU226107U1 - Бортовое цифровое вычислительное устройство - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к бортовому цифровому вычислительному устройству малогабаритной бесплатформенной инерциальной навигационной системы управления и функционирует на основе программно-алгоритмические средства. Устройство включает в себя модуль процессора, программируемую часть, устройства памяти и ввода-вывода. Модуль процессора включает в себя центральный процессор, который выполнен из цифрового сигнального процессора обработки сигналов с плавающей запятой, содержащий встроенный контроллер прямого доступа к устройству памяти. Бортовое цифровое вычислительное устройство включает в себя также входные формирователи, трансформаторные развязки, две схемы управления, оперативное запоминающее устройство, электрически стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство, четыре линии передачи информации, два параллельных интерфейса с раздельными магистралями адреса и данных, блок разовых команд с регистром разовых команд, один резервированный и два нерезервированных мультиплексных канала информационного обмена, работающие одновременно. Резервированный мультиплексный канал информационного обмена работает в режиме оконечного устройства. Один из нерезервированных мультиплексных каналов работает в режиме оконечного устройства, а другой мультиплексный канал информационного обмена работает в режиме контроллера шины.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники и приборостроения военного назначения, а именно к бортовому цифровому вычислительному устройству бесплатформенной инерциальной навигационной системы управления.

Из уровня техники (А.В. Баженов, Основы бортовых вычислительных машин, Учебное пособие, Ставрополь: СВВАИУ, 2008 г, стр. 138-139) известно, что бортовая цифровая вычислительная машина, как устройство, обычно включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), арифметическо-логическое устройство (АЛУ), устройство управления (УУ), блок питания (БП), шины адреса, данных и управления (ША, ШД, ШУ).

ОЗУ предназначено для хранения информации, поступающей с датчиков, а также промежуточных и конечных результатов. В ОЗУ производится как запись информации, так и считывание информации из него.

ПЗУ предназначено для хранения неизменной в процессе эксплуатации информации. К такой информации относятся программы работы бортовой цифровой вычислительной машины и константы, используемые для реализации алгоритмов.

Процессор - основной модуль бортовой цифровой вычислительной машины (как устройства), предназначенный для автоматического выполнения последовательных операций, предусмотренных программой решения задачи.

Процессор бортовой цифровой вычислительной машины (как устройства) функционально состоит из арифметическо-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ). АЛУ предназначено для выполнения арифметических и логических операций над двоичными числами. УУ служит для организации вычислительного процесса в соответствии с заданной программой путем принудительной координации работы всех устройств БЦВМ.

Бортовая цифровая вычислительная машина может также включать устройство ввода-вывода для связи с объектом управления. Конструктивно устройство ввода-вывода может быть оформлено отдельно от БЦВМ.

Ближайшим аналогом заявленного устройства является бортовая цифровое вычислительное устройство (БЦВУ), входящее в состав бортовая цифровой вычислительно-управляющей системы летательных аппаратов (RU 2414390, приоритет 21.04.2010).

Бортовое цифровое вычислительное устройство (БЦВУ) включает модули центрального процессора, периферийных процессоров, устройства памяти и ввода-вывода, подключаемые к бортовому каналу информационного обмена непосредственно или через устройство ввода-вывода.

Программируемая часть БЦВУ включает системные и функциональные программно-алгоритмические средства, взаимодействующие в соответствии с внутримашинной магистралью вычислительно-логического обмена.

Системные программно-алгоритмические средства обеспечивают общее функционирование БЦВМ.

Функциональные программно-алгоритмические средства обеспечивают решение конкретных задач навигации, управления, управления, наведения, групповых действий, приема обработки сигналов и выдачи необходимых параметров в бортовом канале информационного обмена в режиме реального времени.

Недостатком бортовой цифровой вычислительной машины (устройства) из ближайшего аналога является то, что в нем не решены задачи по обеспечению быстродействия.

Функционирование современных бесплатформенных инерциальных навигационных систем управления (БИНСУ) основано на работе бортовых цифровых вычислительных устройств, которые выполняют требуемые вычисления на основании результатов текущих измерений, поступающих от датчиков и устройств БИНСУ.

От быстродействия БЦВУ, в частности ее процессора, зависит качество работы всей БИНСУ в целом.

Быстродействие БЦВУ характеризуется скоростью, с которой производится обработка информации.

Задачей заявленного устройства является повышение производительности устройства, заключающееся в быстродействии.

Техническим результатом является повышение производительности БЦВУ.

Достижение технического результата в заявленном устройстве обеспечивается за счет того, что модуль процессора с набором интерфейсных устройств содержит 32-разрядный цифровой сигнальный процессор обработки сигналов с плавающей запятой, который содержит встроенный контроллер прямого доступа к устройству памяти.

В общем виде заявленное устройство представляет собой бортовое цифровое вычислительное устройство бесплатформенной инерциальной навигационной системы, функционирующее на основе программно-алгоритмические средства, включающее модуль процессора, программируемую часть, состоящую из системных и функциональных программно-алгоритмических средств, устройства памяти и ввода-вывода, подключаемые к бортовому каналу информационного обмена непосредственно или через устройство ввода-вывода, а интерфейсные устройства являются разделяемыми и могут программно подключаться в любое время. Устройство имеет также последовательный синхронный интерфейс SPI, три мультиплексных канала информационного обмена, работающие одновременно, и четыре линии передачи информации. По линиям передачи информации ЛПИ1, ЛПИ2, ЛПИ3, ЛПИ4 БЦВУ работает в режиме «оконечного устройства», по линии ЛПИ4 в режиме «контроллер шины».

Модуль процессора с набором интерфейсных устройств представляет собой 32-разрядный цифровой сигнальный процессор обработки сигналов с плавающей запятой, содержащий встроенный контроллер прямого доступа к устройству памяти.

Все интерфейсные устройства являются раздельными и могут программно подключаться в любое время.

Бортовое цифровое вычислительное устройство включает также регистр разовых команд, а для обмена информацией бортовое цифровое вычислительное устройство имеет последовательный синхронный интерфейс SPI, три мультиплексных канала информационного обмена, работающие одновременно, и четыре линии передачи информации, к которым бортовое цифровое вычислительное устройство подключено через шлейфы.

По трем линиям передачи информации бортовое цифровое вычислительное устройство работает в режиме оконечного устройства, а по четвертой линии передачи информации оно работает в режиме контроллера шины.

Бортовое цифровое вычислительное устройство (БЦВУ) предназначено для обмена информацией с внутренними и внешними абонентами бесплатформенной инерциальной навигационной системы управления (БИНСУ).

БЦВУ представляет собой быстродействующее вычислительное малогабаритное устройство, которое в дополнение к своим основным задачам, выполняет функцию блока управления (БУ), а также функционирует на основе программного обеспечения программно-алгоритмического средства, направленного на построение цифрового контура стабилизации и цифрового способа реализации антиизгибных и антикрутильных фильтров:

- основой БЦВУ является высокопроизводительный модуль процессора с набором интерфейсных устройств, а именно 32-разрядный цифровой сигнальный процессор обработки сигналов с плавающей запятой, содержащий встроенный контроллер прямого доступа к памяти;

- для обмена информацией с внешними и внутренними абонентами БИНСУ БЦВУ имеет три мультиплексных канала информационного обмена (МКИО1, МКИО2, МКИО3) по четырем линиям передачи информации ЛПИ1, ЛПИ2, ЛПИ3, ЛПИ4 согласно ГОСТ Р 52070-2003. Каналы МКИО1, МКИО2, МКИО3 работают одновременно (без разделения работы во времени). По линиям передачи информации ЛПИ1, ЛПИ2, ЛПИ3, ЛПИ4 БЦВУ работает в режиме «оконечного устройства», по линии ЛПИ4 в режиме «контроллер шины»;

- БЦВУ подключается к магистральным линиям передачи информации ЛПИ1, ЛПИ2, ЛПИ3, ЛПИ4 через шлейфы;

- БЦВУ обеспечивает прием разовых команд с гальванической развязкой, имеет регистр разовых команд, последовательный синхронный интерфейс SPI для обмена информацией с БИНСУ и возможность записи и хранения данных в энергонезависимом программируемом постоянном запоминающем устройстве (ППЗУ).

SPI представляет собой четырехпроводной интерфейс, являющийся синхронным интерфейсом передачи данных. Достоинством SPI является то, что он обеспечивает быструю передачу данных с меньшим количеством программных прерываний.

По сути интерфейс SPI является шиной для подключения внешних устройств.

В общем виде заявленное устройство представляет собой бортовое цифровое вычислительное устройство для малогабаритной бесплатформенной инерциальной навигационной системы управления, функционирующее на основе программно-алгоритмических средств, включающее модуль процессора, программируемую часть, устройства памяти и ввода-вывода, подключаемые к бортовому каналу информационного обмена непосредственно или через устройство ввода-вывода, отличающееся тем, что конструктивно бортовое цифровое вычислительное устройство состоит из одной платы.

Модуль процессора имеет набор интерфейсных устройств и включает в себя центральный процессор, который выполнен на базе тридцатидвухразрядного цифрового сигнального процессора обработки сигналов с плавающей запятой, содержащего встроенный контроллер прямого доступа к устройству памяти, делитель тактовой частоты, сверхоперативное запоминающее устройство и порт синхронной последовательной связи, работающий по протоколу синхронного последовательного интерфейса.

Также бортовое цифровое вычислительное устройство включает в себя входные формирователи, трансформаторные развязки, две схемы управления, оперативное запоминающее устройство, электрически стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство, четыре линии передачи информации, к которым бортовое цифровое вычислительное устройство подключено через шлейфы, два параллельных интерфейса с раздельными магистралями адреса и данных, блок разовых команд с регистром разовых команд для фиксирования значения входных разовых команд, поступающих через гальваническую развязку, один резервированный и два нерезервированных мультиплексных канала информационного обмена, работающие одновременно, имеющие приемно-передающие устройства для информационного обмена с внешними абонентами, трансформаторную развязку и терминалы для управления мультиплексными каналами информационного обмена с буферными оперативными запоминающими устройствами.

В резервированном мультиплексном канале информационного обмена задействованы две трансформаторные развязки, приемно-передающее устройство для информационного обмена по двум линиям передачи информации и работает он в режиме оконечного устройства, а в нерезервированных мультиплексных каналах информационного обмена задействованы по одной трансформаторной развязке и приемно-передающему устройству для информационного обмена по одной линии передачи информации, причем один нерезервированный мультиплексный канал информационного обмена работает в режиме оконечного устройства, а другой мультиплексный канал информационного обмена работает в режиме контроллера шины.

При этом из двух схем управления, одна предназначена для организации обмена между центральным процессором, оперативным запоминающим устройством или электрически стираемым и программируемым постоянным запоминающим устройством, а другая схема управления предназначена для приема информации, передаваемой последовательным кодом через трансформаторную развязку и входной формирователь по линиям входящей информации от внешних абонентов, и для формирования запроса прерывания на центральный процессор после окончания приема информации, а из двух параллельных интерфейсов, один предназначен для организации обмена между центральным процессором, оперативным запоминающим устройством или электрически стираемым и программируемым постоянным запоминающим устройством, другой параллельный интерфейс предназначен для обмена между центральным процессором и терминалами мультиплексных каналов информационного обмена.

Структурная схема заявленного БЦВУ приведена на фигуре 1.

Согласно фигуры 1 БЦВУ представляет собой быстродействующее одноплатное вычислительное устройство, в состав которого входят:

- Центральный процессор ЦП (1), предназначенный для цифровой обработки сигналов (1) с кварцевым резонатором, предназначенным для формирования тактовой частоты 24 МГц для ЦП;

- оперативное запоминающее устройство ОЗУ (7), предназначенное для хранения результатов вычислений и накопления собираемых данных;

- электрически стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство ЭСППЗУ (17), предназначенное для хранения рабочих параметров;

- параллельный интерфейс TMS-шина1 (11) с раздельными магистралями адреса А (8) ([23,16..0] от TMS-шины1 к ОЗУ; [16..0] от TMS-шины1 к ЭСППЗУ; [23..19] от TMS-шины1 к СУ1) и данных D (9) ([31..0] между TMS-шиной1 и ОЗУ; от ЭСППЗУ к TMS-шине1);

- параллельный интерфейс TMS-шина2 (12) с раздельными магистралями адреса ХА (22) ([12..0] от TMS-шины2 к ТМК1) и адреса XD (13) ([31..16] между TMS-шиной2 и ШФ; [3..0] между TMS-шиной2 и СУ1; [15..0] между TMS-шиной2 и ТМК1, ТМК2, ТМК3; [6..0] от РРК к TMS-шине2);

- схема управления СУ1 (16), предназначенная для организации обмена между ЦП и ОЗУ, ЭСППЗУ по параллельному интерфейсу TMS-шина1 с помощью сигналов CRAM (10), поступающих от СУ1 на ОЗУ, и сигналов CROM (20), поступающих от СУ1 на ЭСППЗУ; для организации обмена между ЦП и внешними абонентами по параллельной SPI (6) совмещенной магистрали адресов и данных AD [15..0] (15) и шине управляющих УСК сигналов на К-шину (19) с помощью сигнала CKBUS (18) через двунаправленный шинный формирователь ШФ (14); для приема запросов прерывания ЗПР (23) от внешних абонентов, запросов прерывания INTER1 (26), INTER2 (27), INTER3 (28) (без гальванической развязки) и MB (24) (через гальваническую развязку ГР1 (25)); для организации обмена между ЦП и терминалом мультиплексного канала ТМК1 (35) по параллельному интерфейсу TMS-шина2 с помощью сигнала СМК1 (29); для управления работой схемой управления СУ2 (21);

- схема управления СУ2, предназначенная для приема от внешнего абонента информации, передаваемой последовательным кодом согласно ГОСТ 18977-79, по линиям Вход А (32) и Вход В (33) через трансформаторную развязку ТР1 (31) и входной формирователь Ф2 (30), а также для формирования запроса прерывания INT2 (65) на ЦП после окончания приема указанной информации; для формирования адреса ОУ «оконечное устройство» для ТМК1 в виде выходных разовых команд RTA [5..0] (34); для формирования выходных разовых команд RKO [7..0] (63); для организации обмена информацией между ЦП и терминалами мультиплексного канала ТМК2 (44), ТМКЗ (45) по параллельному интерфейсу TMS-шина2 с помощью сигналов СМК2 (43) и СМК3 (55) и шины адреса МА [12..0] (42); чтения регистра разовых команд РРК с помощью сигнала CRRK (64);

- резервированный мультиплексный канал информационного обмена МКИО1 (47) согласно ГОСТ Р 52070-2003, работающий в режиме «Оконечное устройство» (ОУ) под управлением терминала мультиплексного канала ТМК1 на первую линию передачи информации ЛПИ1 (40) и вторую линию передачи информации ЛПИ2 (41) с помощью приемо-передающего устройства ППУ1 (37) и трансформаторных развязок ТР2 (38) и ТР3 (39); адрес ОУ задается с помощью разовых команд RTA; при завершении обмена по линиям СМК передачи информации ЛПИ формируется запрос прерывания INTER1;

- нерезервированный мультиплексный канал информационного обмена МКИО2 (48) согласно ГОСТ Р 52070-2003, работающий в режиме ОУ под управлением терминала мультиплексного канала ТМК2 (44) на линию передачи информации ЛПИ3 (50) с помощью приемо-передающего устройства ППУ2 (45) и трансформаторной развязки ТР4 (46); адрес ОУ является фиксированным и задается с помощью перемычек на плате БЦВУ; при завершении обмена по ЛПИ формируется запрос прерывания INTER2;

- нерезервированный мультиплексный канал информационного обмена МКИО3 (49) согласно ГОСТ Р 52070-2003, работающий в режиме «Контроллер шины» (КШ) под управлением терминала мультиплексного канала ТМК3 (51) на линию передачи информации ЛПИ4 (54) с помощью приемо-передающего устройства ППУ3 (52) и трансформаторной развязки ТР5 (53); значение адреса оконечного устройства АОУ [5..0] (56), которое необходимо установить для ТМК1, поступает с внешнего соединителя бесплатформенной инерциальной навигационной системы управления; при завершении обмена по ЛПИ формируется запрос прерывания INTER3;

- блок разовых команд БРК (57), предназначенный для формирования выходных разовых команд РКВ, а также для приема входных разовых команд ВРК.

ЦП выполнен на базе микропроцессора 1867ВЦ6Ф и включает в себя:

- сверхоперативное запоминающее устройство СОЗУ (2);

- делитель тактовой частоты ДТЧ (3), предназначенный для формирования рабочей частоты 12 МГц (66);

- порт синхронной последовательной связи SSP (4) работает в режиме ведомого по протоколу синхронного последовательного интерфейса SPI (6) и предназначен для приема информации, поступающей от внешних абонентов через входной формирователь Ф1 (5).

Каждый ТМК выполнен на базе микросхемы 1879ВА1АТ, реализующей функции универсального контроллера мультиплексного канала для обмена информацией, и включает в себя буферное оперативное запоминающее устройство БОЗУ (36).

Микросхема 1879ВА1АТ представляет собой универсальную связанную машину мультиплексного канала обмена (МКО), обеспечивающую гибкий интерфейс центрального процессора с резервированным МКО по ГОСТ Р 52070-2003 (с использованием внешних прямопередатчиков и функционирование в режиме контроллера шины, оконечного устройства (ОУ), монитора (МТ) или совмещенном режиме ОУ/МТ.

БРК включает в себя:

- регистр разовых команд РРК (58), предназначенный для фиксирования значения входных разовых команд ВРК [6..0] (62), поступающих в БРК через гальваническую развязку ГР2 (59);

- выходной формирователь Ф3 (60) и гальваническую развязку ГР3 (61), с помощью которых выходные разовые команды RKO [7..0] (63) от схемы управления СУ2 преобразуются в выходные разовые команды РКВ (64) ([7,6,4..1] от ГР3; [5,0] от ФЗ) блока разовых команд БРК.

Благодаря вышеуказанным существенным признакам устройства обеспечивается быстродействие, следствием которого является повышение производительности БЦВУ.

Claims (1)

1. Бортовое цифровое вычислительное устройство для малогабаритной бесплатформенной инерциальной навигационной системы управления, функционирующее на основе программно-алгоритмических средств, включающее модуль процессора, программируемую часть, устройства памяти и ввода-вывода, подключаемые к бортовому каналу информационного обмена непосредственно или через устройство ввода-вывода, отличающееся тем, что конструктивно бортовое цифровое вычислительное устройство состоит из одной платы, модуль процессора имеет набор интерфейсных устройств и включает в себя центральный процессор, который выполнен на базе тридцатидвухразрядного цифрового сигнального процессора обработки сигналов с плавающей запятой, содержащего встроенный контроллер прямого доступа к устройству памяти, делитель тактовой частоты, сверхоперативное запоминающее устройство и порт синхронной последовательной связи, работающий по протоколу синхронного последовательного интерфейса, также бортовое цифровое вычислительное устройство включает в себя входные формирователи, трансформаторные развязки, две схемы управления, оперативное запоминающее устройство, электрически стираемое и программируемое постоянное запоминающее устройство, четыре линии передачи информации, к которым бортовое цифровое вычислительное устройство подключено через шлейфы, два параллельных интерфейса с раздельными магистралями адреса и данных, блок разовых команд с регистром разовых команд для фиксирования значения входных разовых команд, поступающих через гальваническую развязку, один резервированный и два нерезервированных мультиплексных канала информационного обмена, работающие одновременно, имеющие приемно-передающие устройства для информационного обмена с внешними абонентами, трансформаторную развязку и терминалы для управления мультиплексными каналами информационного обмена с буферными оперативными запоминающими устройствами, где в резервированном мультиплексном канале информационного обмена задействованы две трансформаторные развязки, приемно-передающее устройство для информационного обмена по двум линиям передачи информации и работает он в режиме оконечного устройства, а в нерезервированных мультиплексных каналах информационного обмена задействованы по одной трансформаторной развязке и приемно-передающему устройству для информационного обмена по одной линии передачи информации, причем один нерезервированный мультиплексный канал информационного обмена работает в режиме оконечного устройства, а другой мультиплексный канал информационного обмена работает в режиме контроллера шины, при этом из двух схем управления одна предназначена для организации обмена между центральным процессором, оперативным запоминающим устройством и электрически стираемым или программируемым постоянным запоминающим устройством, другая схема управления предназначена для приема информации, передаваемой последовательным кодом через трансформаторную развязку и входной формирователь по линиям входящей информации от внешних абонентов, и для формирования запроса прерывания на центральный процессор после окончания приема информации, а из двух параллельных интерфейсов один предназначен для организации обмена между центральным процессором, оперативным запоминающим устройством или электрически стираемым и программируемым постоянным запоминающим устройством, другой параллельный интерфейс предназначен для обмена между центральным процессором и терминалами мультиплексных каналов информационного обмена.