1 引言

PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业计算机总线标准，由于其秉承了IBM-PC开放式总线结构的优点，与IBM-PC机完全兼容，且具有体积小(96*90mm)、抗震性强、功耗低、寿命长、可靠性高、模块化强等特点，被广泛应用于工业控制、航空航天、军事、医疗、智能仪器仪表等领域。

在作战飞机的机载自卫电子对抗系统中，为了识别空中目标雷达的信息，需要在设备中加载雷达数据库文件，以便系统对接收到的目标信号进行比对、识别；而当作战训练完成后，又需要将机载设备中记录下来的空情数据卸载下来，供地面情报人员进行分析、处理。为了适应部队快速、机动作战的需要，迫切需要设计一套适用于外场操作的数据加卸载设备。本文提出了一种基于PC104总线结构的数据加卸载设备的设计方案，并介绍了软件的控制原理及作战应用。

2 加卸载设备的系统组成

由于外场作战、训练环境的恶劣性，数据加卸载设备要求具有抗高温、耐低温、抗震、可靠性高、稳定性强等特点。因此作为设备控制、处理的计算机选择PC104总线的嵌入式工控机，液晶显示器及其它有关的电路元器件也选择高性能的产品，使之能够抵抗恶劣的外场环境，保障部队作战、训练的需要。整个设备通过一组可充电电池供电，能够满足外场机动保障的需要。

由于目前我军的作战飞机型号较多，而各种飞机上装备的自卫电子对抗设备又各不相同，因此对应的数据加卸载方式也各有差异，数据传送的接口也有所不同，为了适应各种不同的机载设备数据加卸载的需要，便于部队机动作战时的操作使用，这里采用一个48路数字I/O接口电路，通过一个通用的航空转换接头，实现与不同机载设备的连接。通过PC104工控机中的软件控制，完成对不同型号机载设备数据的加卸载。

为了节省系统资源开销，外场加卸载设备与内场作战支援设备之间的数据交换采用串行通信方式，实现外场卸载的数据向内场支援设备的传输，以及内场作战支援数据库向外场加卸载设备的传输。整个设备的系统组成如图1所示。

图1 加卸载设备组成结构图

3 功能模块的设计

数据加卸载设备的主要功能是对机载设备进行数据加卸载，以及和内场支援设备之间进行数据交换，在具体使用时需要根据操作人员提供的有关信息，完成相应的设置，按照预定的任务执行对应的功能，其控制的核心是软件系统。根据设备的功能，可以将软件划分为主控模块、显示模块、接口模块和任务处理模块四大部分，如图2所示。

图2 软件功能模块图

3.1 主控模块的设计

由于数据加卸载设备设计的原则是机动、灵活、实用，对于软件系统的设计也是基于精炼、高可靠性和高稳定性的原则。因此操作系统选用经典的DOS6.22，通过任务管理和任务调度实现主控模块对各个子模块的任务管理。各子模块之间相互独立，专用性强，相互之间通过全局控制变量实现信息传递，从而做到模块内部的高内聚和模块之间的低耦合。

3.2 显示模块的设计

该模块的设计主要是解决汉字的显示问题。由于设备中采用的显示器是耐低温和抗高温的专用液晶显示器，汉字操作系统的显示模式与之不相兼容。为了实现在西文DOS中的中文显示，软件设计采用了图形模式下的点阵汉字显示技术，通过加载16点阵汉字字库实现全中文的操作界面。同时，该模块还实现了系统参数的输入、工作环境的选择、工作模式的设置以及信息提示和帮助等功能。

3.3 输入接口模块的设计

由于数据加卸载设备本身体积的限制以及操作简单性的要求，设计时需要直接利用并口的I/O功能实现键盘扩展，仅仅采用“选择”和“确定”两个功能键实现键盘操作。从硬件上看，这两个按键只能进行简单的上拉处理，因此，在输入接口的软件设计中需要考虑如何滤波并解决处理速度的问题。通常情况下，一次按键操作的保持时间一般在半秒左右，也就是500毫秒左右，而人的视觉暂留一般在200毫秒左右，而杂波干扰的持续时间一般在50毫秒以内，因此，在设计软件滤波算法时，采用了平均值法，采集输入信息总共的时间为500毫秒，而采样点之间的时间间隔为50毫秒，从而在500毫秒的时间间隔内采样10次。根据干扰与正常信号之间的关系——正常信号存在的时间始终比干扰信号持续的时间要长，在10次的采样中只要有6次的绝对多数获得正常信号，就认为这次输入信息的采集是成功的。另外，由于采用并行数据端口的两位输入线分别连接两个按键，因此，理论上可以实现四种编码，其中一个编码为平时的状态，另外三种编码分别为确定信号、选择信号和自定义信号，将其中最后一个自定义信号作为退出时的信号使用。因此，采用这种方法不但可以抛弃键盘操作，而且解决了简单数据的输入问题。

3.4 任务处理模块的设计

由于数据加卸载设备不仅需要在外场进行飞机数据的加卸载，而且还需要在内场进行数据传送，因此在设计时需要根据具体任务通过相应的功能子模块来进行处理。这些子模块包括外场数据加载子模块、外场数据卸载子模块、内场数据发送子模块、内场数据接收子模块、时钟校准子模块等。

其中外场数据加卸载子模块主要负责对指定地址段的外围存储器采用通用数字I/O的方法实现数据的读取；内场数据发送/接收子模块主要是将指定的数据库文件通过串口实现数据加卸载设备与内场计算机之间的数据交换；时钟校准模块主要是通过串口接收数据中断，实时采集内场计算机标准的时钟数据实现校时。

4 数据加卸载控制原理

根据数据加卸载设备的功能结构，软件设计主要应该完成该设备与机载设备、该设备与内场支援设备之间的功能操作与数据交换。

4.1 加卸载设备与机载设备之间的数据交换

该部分的主要任务是将加卸载设备中已备的雷达情报数据库加载到机载设备中，以及将机载设备中存储的飞机在作战、训练过程中记录的空情记录数据库卸载到加卸载设备中。

机载设备中数据库通常都是存储在EPROM或E²PROM中，数据加载或卸载时，需要根据机载设备提供的数据库存储芯片的地址，通过控制电路，对存储器芯片上的数据进行存取。这些存储器芯片上的相应信号通过航空电缆，由航空插头连接到加卸载设备的I/O接口电路中，通过48路端口总线，利用PC104嵌入式工控机对机载设备中相应的存储芯片进行操作。根据地址空间范围的不同，便可对机载设备的存储器芯片进行读写。由于不同机载设备中存储器地址范围的不同，因此软件设计要针对具体的机载设备进行定制。

在数据卸载时,把机载设备存储器中的数据按照规定格式读取出来,依次写入到加卸载设备的硬盘中,以备向内场支援设备传送。数据卸载原理如图3所示。加载方法基本与此类似。

图3 外场数据卸载流程图

4.2加卸载设备与内场支援设备之间的数据交换

在内场，由于加卸载设备与内场支援设备之间采用的是串行通信方式，因此传送速率相对较慢。为了提高传输速率，通常在传输之前对要传输的数据库进行压缩打包，在接收端，当数据传送结束后即自动解压。

由于数据加卸载设备功能相对比较单一，因此为了节省系统开销，控制软件设计为DOS工作模式，而内场作战支援设备的软件功能相对比较复杂，因此设计为Windows工作模式。为了确保两种工作模式下通信的兼容和可控，将加卸载数据传送器作为主控机，而内场作战支援设备的计算机作为被控机，通过有关通信协议实现数据文件的可靠传输。

5 抗干扰问题的解决

在机载设备中既有存储雷达数据库的EPROM，也有存储飞行记录数据库的RAM或E²PROM，而且其存储地址和控制信号是固定的，不可改变。为此，对于外场数据加卸载设备的设计，必须要保证PC104工控机的CPU能够正确地操作这些存储器的读写地址，并能利用这些控制信号。如果将机载设备的存储器作为嵌入式工控机的低端内存使用，将会造成如下问题：一是在嵌入式工控机的低端内存中，由于BIOS分配资源时，已占据了许多存储空间，没有大量连续的地址段可供使用，从而为机载设备中存储器数据的读写带来了许多难题；二是将机载设备存储器作为嵌入式工控机的低端内存使用时，由于地址信号和数据信号都是并行传输的，势必会产生严重的干扰，致使在数据传输中出现很高的误码率。

为解决上述问题，在设计中，避开将机载设备存储器作为嵌入式工控机的低端内存使用，而采用通用的48路数字I/O接口电路，将机载设备的存储器作为PC104工控机的外部设备，这样，对机载设备的数据操作就变成了对计算机外部设备的操作，不需要占用计算机的大段地址空间。对于通用型数字I/O接口电路采用8255芯片实现地址扩展，大大提高了设备的驱动能力，从而有效地解决了外场数据加卸载过程中可能遇到的干扰问题。

6 结束语

在数据加卸载设备中，由于采用了PC104嵌入式工控机作为控制核心，并利用48路数字I/O接口电路实现其CPU与机载设备存储器的地址总线、数据总线、控制总线相连，因此可以对于不同型号的机载设备分配不同的接口信号，使得对机载设备存储器的操作变成了对计算机外部设备的操作，根据不同的机载设备改变地址的存取范围，从而可以采用一台数据加卸载设备对多种机载设备数据的加卸载，实现了设备的通用化。如果部队再增加新的机载设备，只需增加系统软件的功能模块即可执行新的任务，因此系统的扩充性较强。而对于数据加卸载设备与内场数据的交换，由于采用的是通用串行通信方式，因此可以适用于各种型号设备的操作。

由于PC104工控机存储容量大、控制方式多、编程方便，因此数据加卸载设备可以连续对多架飞机实施数据加卸载，大大提高了外场作战支援能力。同时，由于采用了嵌入式计算机技术，设备不但可靠性高、稳定性强，而且重量轻、体积小，非常适合于部队灵活机动作战的需要，深受部队的欢迎。

文章创新点:

1.将PC104嵌入式计算机技术应用到机载电子对抗数据加卸载设备中，解决了设备的体积、重量、可靠性及稳定性问题；

2.利用多路I/O接口技术，通过软件控制，解决了设备的通用性问题，满足了部队机动灵活的电子对抗作战支援的需要。

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