一种飞行器制导控制系统一体化集成解决方案

技术领域

本发明属于飞行器制导控制领域，具体涉及一种飞行器制导控制系统一体化集成解决方案。

背景技术

飞行器的最小控制系统组成通常包含以下几个部分：飞行控制系统，组合导航系统以及舵机控制系统。这三个分系统类似飞行器的大脑，眼睛以及四肢，三者的合作引导着飞行器的飞行控制。传统的控制系统中，由于计算机运算能力有限，这几部分的硬件和软件方案，相互独立，通过各类总线进行交互。

相互独立的系统虽然解决了控制系统的基本需求，但是一方面占用了飞行器十分宝贵的空间，另一方面，数据交互的延时较大，控制的实时性较差，不利于精确制导控制。

随着硬件电路的发展，计算机运算能力得到了较大的提升，控制电路的元器件也逐步小型化；针对传统多系统的控制方案，逐步发展到了高度集成化的制导组件方案，在硬件电路小型化的基础上，很大的难点在于多核单芯片下，多系统的软件集成方案。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明目的在于提供一种飞行器制导控制系统一体化集成解决方案，应用于某型号控制系统中。

为实现上述目的，本发明提供了一种飞行器制导控制系统一体化集成解决方案，所述的制导控制系统包括飞行控制系统、组合导航系统以及舵机控制系统；

所述飞行控制系统包括飞行控制芯片和飞行控制软件，所述组合导航系统包括组合导航芯片和组合导航软件，所述舵机控制系统包括舵机控制芯片和舵机控制软件；

所述飞行控制芯片、组合导航芯片和舵机控制芯片集成为一块多核控制芯片，其中每一个核附带一个相对独立的协处理器；每一个核以及各自的协处理器承担了飞行控制系统、组合导航系统以及舵机控制系统多的计算任务，所述多核控制芯片针对内部多任务进行调度。

进一步地，所述多核控制芯片为嵌入式芯片，存在两个独立核，包括一号核和二号核，所述一号核写入飞行控制软件，承担飞行控制任务；一号核配套协处理器写入舵机控制软件，承担舵机控制任务；二号核写入组合导航软件，承担导航解算任务。

进一步地，还包括软件管理单元，所述飞行控制软件、舵机控制软件和组合导航软件由所述软件管理单元集中管理，所述多核控制芯片内的飞行控制软件、舵机控制软件和组合导航软件之间的数据交互均使用多核控制芯片自带的基于内存映射的数据交互方式。

进一步地，所述飞行控制软件作为核心调度软件，与舵机控制软件的交互采用共享内存的方式，进行舵机相关控制变量的交互。

具体地，所述飞行控制软件与组合导航软件的交互，使用芯片的核间通讯模块，进行导航运算相关的数据交互。

具体地，所述数据交互的具体方式为芯片内部的共享RAM的方式。

具体地，所述飞行控制软件作为系统软件的中枢，一方面周期性实现飞行流程控制，另一方面则是进行系统数据的采集和转发，

数据采集和转发分为三部分内容：

a.通过RS422接口实时采集外部惯性器件数据和卫星导航数据；

b.与舵机控制软件通过共享内存交互，周期性查询共享内存，读取舵机反馈信号；输出舵机控制命令，写入共享内存；

c.与组合导航软件交互，实时接收核间通讯(IPC)中断，读取组合导航结果；惯性数据和卫星导航数据以及软同步命令写入核间通讯(IPC)堆栈，并发送给二号核(CPU2)运行的组合导航软件；

舵机控制软件任务分为两个方面，一方面实时查询共享内存的舵机控制命令，并进行实时控制输出；另一方面实时采集舵机反馈信号，并写入共享内存；

组合导航软件任务分为两个方面，一方面实时接收核间通讯(IPC)中断，查询软同步命令，接收惯性数据和卫星导航数据，并进行组合导航计算；另一方面，将解算完成的组合导航结果写入核间通讯(IPC)堆栈，并发送给一号核(CPU1)运行的飞行控制软件。

本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明设计的飞行器制导控制系统一体化集成解决方案，实现了多核单芯片下多系统的软件集成，节省了飞行器十分宝贵的空间；

2、相比传统的各类外部总线进行大量控制数据传输的方式，一体化制导组件的软件解决方案中，由于多个软件集中在一个芯片上，除了对外的数据采集和输出，对内的软件数据交互，均使用集成芯片自带的基于内存映射的数据交互方式，数据交互的延时极大缩短，控制的实时性明显变优，更加利于精确制导控制。

附图说明

图1为传统分布式软件组成结构图；

图2为本发明的飞行器制导控制系统一体化集成解决方案组成结构图；

图3为本发明的飞行器制导控制系统一体化集成解决方案功能流程图。

其中，1-飞行控制软件，2-组合导航软件，3-舵机控制软件，5-IPC通讯，6-共享内存。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种飞行器制导控制系统一体化集成解决方案，实现对飞行器控制系统软件的集成化管理。实施例所提供的一种多核嵌入式处理器芯片：一号核(CPU1)运行飞行控制程序；一号核协处理器(CLA1)运行舵机控制程序；二号核(CPU2)运行导航解算程序。

图1为传统分布式软件组成结构图，其特点是各个分系统软件分别开发，分别存放管理，通过飞行器上各类总线(CAN、RS422等)进行交互。这样的软件方案，优点在于对计算机运算性能要求不高，开发难度较低；但是缺点也很明显，从软件层面来说，各个软件无法统一管理，数据交互延时较大，影响控制的精度和实时性。

图2为本发明描述的软件解决方案组成结构图，其特征在于将核心分系统软件集成在一片多核控制芯片上，包含飞行控制软件1、组合导航软件2以及舵机控制软件3。其中，飞行控制软件1加载并运行于一号核(CPU1)，组合导航软件2加载并运行于二号核(CPU2)，舵机控制软件3加载并运行于一号核附属的协处理(CLA1)。飞行控制软件1和组合导航软件2，通过多核芯片集成的核间通讯模块(IPC)5进行飞行控制数据和组合导航数据交互；飞行控制软件1和舵机控制软件3，通过一号核(CPU1)内部共享内存，舵机相关数据的交互。三部分核心软件集成于一块独立的嵌入式芯片，通过内部高速总线即芯片内部的共享RAM的方式进行数据交互，数据交互的时间量级，从传统独立分系统的毫秒级别降低至微秒级别，延时大大降低了。

图3为本发明描述的软件解决方案功能流程图,控制系统上电后，飞行控制软件引导启动，多核自检正常后，飞控软件配置协处理器(CLA1)，飞控软件启动二号核(CPU2)，三部分软件开始独立运行。

其中，飞行控制软件作为系统软件的中枢，一方面周期性实现飞行流程控制，另一方面则是进行系统数据的采集和转发。数据采集和转发主要分为三块：a.通过RS422接口实时采集外部惯性器件数据和卫星导航数据；b.与舵机控制软件通过共享内存RAM交互，周期性查询共享内存，读取舵机反馈信号；输出舵机控制命令，写入共享内存；c.与组合导航软件交互，实时接收核间通讯(IPC)中断，读取组合导航结果；惯性数据和卫星导航数据以及软同步命令写入核间通讯(IPC)堆栈，并发送给二号核(CPU2)运行的组合导航软件。

舵机控制软件功能分为两个方面，一方面实时查询共享内存的舵机控制命令，并进行实时控制输出；另一方面实时采集舵机反馈信号，并写入共享内存。

组合导航软件功能分为两个方面，一方面实时接收核间通讯(IPC)中断，查询软同步命令，接收惯性数据和卫星导航数据，并进行组合导航计算；另一方面，将解算完成的组合导航结果写入核间通讯(IPC)堆栈，并发送给一号核(CPU1)运行的飞行控制软件。

如图3，本发明的一种飞行器制导控制系统一体化集成解决方案，制导控制的流程如下：

步骤S0：制导控制系统上电，飞行控制软件引导启动，多核自检，如果正常，进行下一步骤；

步骤S1：飞行控制软件加载运行于多核芯片的一号大核(CPU1)；

步骤S2：组合导航软件加载运行于多核芯片的二号大核(CPU2)；

步骤S3：舵机控制软件加载运行于多核芯片的一号大核附属的协处理器(CLA1)；

步骤S4：飞行控制软件启动二号核(CPU2)，组合导航软件启动；飞行控制软件配置协处理器(CLA1)，舵机控制软件启动；三部分软件开始独立运行；

具体步骤如下，

步骤S41：飞行控制软件完成飞行流程控制计算，并输出舵机控制命令；

步骤S42：飞行控制软件实时采集外部惯性器件和卫星导航数据；其中，飞行控制软件通过RS422接收惯性器件数据；

步骤S43：飞行控制软件通过核间通讯(IPC)模块和组合导航软件交互，转发惯性器件数据和卫星导航数据；

步骤S44：飞行控制软件通过共享内存和舵机控制软件交互，查询舵机反馈信号，写入舵机控制命令；

步骤S45：组合导航软件完成组合导航计算功能；

步骤S46：组合导航软件通过核间通讯(IPC)模块和飞行控制软件交互，查询飞行控制软件转发的惯性数据和组合导航数据，并反馈组合导航计算结果；

步骤S47：舵机控制软件完成舵机控制解算，实时控制输出；

步骤S48：舵机控制软件通过共享内存和飞行控制软件交互，查询飞行控制软件发送的舵机控制命令，并实时写入采集的舵机反馈信号。