基于DDS中間件的火控系統(tǒng)內(nèi)部通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

雷雨能，張 毅，賴文娟，樊 鵬

(1.中國(guó)兵器裝備集團(tuán)自動(dòng)化研究所，四川 綿陽(yáng) 621000；2.成都晉林工業(yè)制造有限責(zé)任公司,四川 彭州 611930)

基于DDS中間件的火控系統(tǒng)內(nèi)部通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

雷雨能1，張 毅2，賴文娟1，樊 鵬1

(1.中國(guó)兵器裝備集團(tuán)自動(dòng)化研究所，四川 綿陽(yáng) 621000；2.成都晉林工業(yè)制造有限責(zé)任公司,四川 彭州 611930)

討論了火控系統(tǒng)內(nèi)部通信技術(shù)，介紹了DDS中間件的基本知識(shí)，針對(duì)某型號(hào)項(xiàng)目給出了基于DDS中間件的火控系統(tǒng)內(nèi)部通信的詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。實(shí)驗(yàn)證明，基于DDS中間件的通信性能穩(wěn)定、可靠，實(shí)時(shí)性好，能夠滿足火控系統(tǒng)的內(nèi)部通信要求。

DDS中間件；火控系統(tǒng)；CAN總線；實(shí)時(shí)以太網(wǎng)

隨著火控系統(tǒng)向多功能一體化、通用化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展[1]，火控系統(tǒng)各個(gè)單體之間的通信性能要求將會(huì)越來(lái)越高。由于CAN總線在通信能力、可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性、易用性、傳輸距離遠(yuǎn)、成本低等方面的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)的火控系統(tǒng)主要采用CAN總線進(jìn)行單體之間的信息傳輸[2]。但是新一代的火控系統(tǒng)主要采用分布式體系結(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高效和可靠性傳輸上提出了更高的要求，特別是在大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，CAN總線將無(wú)法滿足復(fù)雜環(huán)境下快節(jié)奏戰(zhàn)爭(zhēng)大數(shù)據(jù)的通信要求[3]。而經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，實(shí)時(shí)以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用越來(lái)越成熟，這為火控系統(tǒng)的成功應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

本文利用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)代替CAN總線構(gòu)建火控系統(tǒng)任務(wù)網(wǎng)，采用DDS中間件作為通信服務(wù)軟件，實(shí)現(xiàn)各個(gè)單體之間在分布式異構(gòu)環(huán)境下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、高效、可靠的傳輸。

1 DDS中間件概述

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(DDS)是由OMG組織發(fā)布的關(guān)于分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中發(fā)布/訂閱模型的規(guī)范，是一個(gè)實(shí)時(shí)分布式應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)中間件，該服務(wù)定義了以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱模型，提供了一個(gè)跨平臺(tái)的中間件框架，為實(shí)時(shí)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布、傳遞和接收的接口和行為提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。中間件是一種獨(dú)立于操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的軟件，它能使應(yīng)用軟件在分布式異構(gòu)平臺(tái)上進(jìn)行協(xié)同工作，并為應(yīng)用層軟件提供服務(wù)[4]。

DDS中間件的主要組成部分包括數(shù)據(jù)發(fā)布者、數(shù)據(jù)訂閱者、數(shù)據(jù)寫(xiě)、數(shù)據(jù)讀、主題。DDS中間件的通信模型如圖1所示，一個(gè)應(yīng)用程序可以同時(shí)發(fā)布和訂閱所需要的數(shù)據(jù)，每個(gè)程序只需要關(guān)心數(shù)據(jù)本身。

圖1 DDS中間件通信模型

2 通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)

本文針對(duì)某型號(hào)壓制火控系統(tǒng)進(jìn)行通信設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)主要包括通用處理模塊A、通用處理模塊B、通用處理模塊C、任務(wù)內(nèi)終端、任務(wù)外終端、CAN適配裝置、傳感器、控制單元等8個(gè)模塊。該系統(tǒng)的通信體系架構(gòu)如圖2所示。其中，通用處理模塊A、通用處理模塊B、通用處理模塊C、任務(wù)內(nèi)終端、任務(wù)外終端等模塊通過(guò)任務(wù)網(wǎng)交換機(jī)利用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行信息的傳輸。

2.2 實(shí)現(xiàn)

目前主流的DDS中間件產(chǎn)品主要有RTI DDS、OpenSplice、OpenDDS、MilSOFT DDS以及CoreDX[5]，本文采用OCI公司的開(kāi)源項(xiàng)目OpenDDS中間件(版本為V3.12)。為應(yīng)對(duì)各個(gè)模塊在系統(tǒng)平臺(tái)、編碼語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)等方面存在的差別，結(jié)合該型號(hào)壓制火控系統(tǒng)的功能需求，運(yùn)用了XML技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了中間件在各個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的適配，解決了數(shù)據(jù)異構(gòu)的問(wèn)題?；赬ML的適配結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖2 通信體系架構(gòu)圖

圖3 適配器結(jié)構(gòu)框圖

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，每個(gè)接入以太網(wǎng)的模塊都作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行一個(gè)程序，每個(gè)程序通過(guò)讀取XML文件里發(fā)布者/訂閱者的主題類型、主題名字、主題ID、QOS配置等信息，利用RTPS實(shí)現(xiàn)對(duì)等發(fā)現(xiàn)，通過(guò)DDS中間件服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。其中，RTPS實(shí)現(xiàn)對(duì)等實(shí)現(xiàn)可做如下配置：

[common]

DCPSDefaultDiscovery=DEFAULT_RTPS

[transport/the_rtps_transport]

transport_type=rtps_udp

3 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

準(zhǔn)備測(cè)試前，火控系統(tǒng)各個(gè)模塊通過(guò)以太網(wǎng)、CAN總線相連接，接通電源上電運(yùn)行。測(cè)試過(guò)程中，火控系統(tǒng)內(nèi)部與以太網(wǎng)連接的各個(gè)模塊通過(guò)OpenDDS中間件發(fā)送自身的狀態(tài)信息到任務(wù)外終端中，任務(wù)外終端每隔200 ms刷新一次狀態(tài)數(shù)據(jù)。如果任務(wù)外終端顯示每個(gè)模塊的狀態(tài)為正常并且穩(wěn)

定，則表明模塊之間通過(guò)OpenDDS通信在實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)并且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)正常穩(wěn)定，也進(jìn)一步表明基于DDS中間件能夠滿足火控系統(tǒng)內(nèi)部通信要求。通過(guò)全天候24小時(shí)的運(yùn)行測(cè)試觀察，顯示的各個(gè)模塊狀態(tài)均為正常，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

測(cè)試結(jié)果表明，基于DDS中間件的火控系統(tǒng)通信性能穩(wěn)定、可靠，實(shí)時(shí)性好。

圖4 各模塊的運(yùn)行狀態(tài)顯示圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了基于DDS中間件的火控系統(tǒng)內(nèi)部通信的設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)?；贒DS中間件的通信具有跨平臺(tái)、實(shí)時(shí)性高、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、以數(shù)據(jù)為中心等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于壓制火炮、防空火炮、艦載火炮等武器平臺(tái)的火控系統(tǒng)中。

[1] 荊玉煥,玉秀春,張振華.壓制兵器火控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)[J].火力與指揮控制,2012，6(37):5-7.

[2] 李金剛,朱金華.CAN總線技術(shù)在某型火控系統(tǒng)內(nèi)部通信中的應(yīng)用[J].傳感器世界,2009，11(7):29-31.

[3] 段笑笑,祁志民,趙剛，等.DDS在新一代壓制火控系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[J].火力與指揮控制,2014,7(39):149-151.

[4] 劉開(kāi)源,祁志民,劉國(guó)棟，等.實(shí)時(shí)以太網(wǎng)在壓制兵器火控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].火力與指揮控制,2014,7(39):137-139.

[5] 卞華星.基于DDS的飛機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)服務(wù)中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京航空航天大學(xué),2015.

DesignandImplementationofInner-CommunicationinFireControlSystemBaseonDDSMiddleware

Lei Yuneng1, Zhang Yi2, Lai Wenjuan1, Fan Peng1

(1.AutomationResearchInstituteofChinaSouthIndustriesGroup,MianyangSichuan621000,China;2.ChengduJinlinIndustryManufactureCo.,Ltd.,PengzhouSichuan611930,China)

This paper discusses the inner-communication technology of fire control system, introduces the base information of DDS middleware, aim at certain model project, it puts forward the design and implementation method of inner-communication in fire control system. The test proves that the communication performance of DDS middleware is steady and credible; the real-time capability is very well and can meet with the demand of inner-communication in fire control system.

DDS middleware; fire control system; CAN bus; real time ethernet

2017-10-12

雷雨能(1982- )，男，廣西來(lái)賓人，高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)、火力控制技術(shù)。

1674- 4578(2017)06- 0032- 02

TP309；TP393.09

A