DSP在航空電子通信中的應(yīng)用分析

蔡道黌

（中國(guó)商飛民用飛機(jī)試飛中心，上海 200232）

隨著我國(guó)航空事業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的信息處理方式已很難滿足航空電子通信系統(tǒng)的需求，通過(guò)在航空電子通信系統(tǒng)中引入DSP數(shù)字信號(hào)處理器，其具備的強(qiáng)大的信息接收集處理能力有效解決了傳統(tǒng)信息處理的弊端，有效提升了系統(tǒng)信號(hào)接收傳遞的可靠性與穩(wěn)定性，對(duì)于推動(dòng)了我國(guó)航空事業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 DSP數(shù)字信號(hào)處理器概述

DSP數(shù)字信號(hào)處理器又被稱為微處理器，主要功能即是對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，滿足人類生產(chǎn)發(fā)展需求。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，DSP數(shù)字信號(hào)處理器主要通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)處理加工，其作為計(jì)算機(jī)所特有的一種芯片，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，具有體積小、消耗功率低、運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域的通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。航空電子通信系統(tǒng)在整體設(shè)計(jì)方面對(duì)于信息處理的安全性、穩(wěn)定性、效率性要求較高，基于DSP數(shù)字信號(hào)處理器特點(diǎn)，其在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，通過(guò)在航空電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用DSP數(shù)字信息處理技術(shù)，對(duì)于我國(guó)航空電子通信發(fā)展具有重要的意義。

2 航空總線通信系統(tǒng)存在問(wèn)題

信息傳輸問(wèn)題。當(dāng)下對(duì)于航空電子通信系統(tǒng)的通信接口部分來(lái)說(shuō)，很多都是采用單片機(jī)作為其控制器，但由于單片機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中指令周期比較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致飛機(jī)在航行過(guò)程中信息傳輸速度受到一定限制，難以滿足實(shí)際的信息傳輸需求。

信息數(shù)據(jù)格式兼容問(wèn)題。當(dāng)下航空電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)多是針對(duì)一些特定的總線，并且由于系統(tǒng)接口由不同廠家生產(chǎn)，因此具有數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一兼容性差等問(wèn)題，從而對(duì)不同總線之間的信息交流造成不利影響。

數(shù)據(jù)傳輸碼率問(wèn)題。由于現(xiàn)代飛機(jī)航行距離較遠(yuǎn)，高空飛行遇到的不可控因素較多，因此對(duì)于飛機(jī)電子通信系統(tǒng)要求較高，需要信息的傳輸、處理、分發(fā)具有極高的穩(wěn)定可靠性，然而當(dāng)下飛機(jī)電子通信系統(tǒng)普遍存在的一個(gè)問(wèn)題是信息錯(cuò)誤碼率較高，致使信息傳輸穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性造成嚴(yán)重影響。

基于上述種種問(wèn)題，可以在航空電子通信系統(tǒng)中引入DSP芯片技術(shù)，在DSP自身性能優(yōu)勢(shì)的影響下，通過(guò)設(shè)計(jì)基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)，可以使得上述問(wèn)題得到有效的解決。

3 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

控制模塊設(shè)計(jì)?？刂颇K作為航空電子通信系統(tǒng)的核心，主要由DSP芯片與周圍功能單元體組成。在選擇DSP芯片時(shí)，一般會(huì)選擇TMS320系列的TMS320LF2407A芯片，該芯片能耗低，性能較高，能夠與航空電子通信系統(tǒng)相適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)控制機(jī)載總線數(shù)據(jù)通信、存儲(chǔ)、處理功能。

上位機(jī)與下位機(jī)通信模塊設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)上位機(jī)與下位機(jī)通信模塊時(shí)，主要通過(guò)對(duì)RAM技術(shù)加以利用，保證雙CPU之間順利實(shí)現(xiàn)通信。通常情況下，一個(gè)通信系統(tǒng)只有一個(gè)CPU，而基于航空通信系統(tǒng)特殊性，其需要實(shí)現(xiàn)天與地面之間的信號(hào)溝通傳遞功能，因此采用雙CPU運(yùn)行控制模式，結(jié)合相應(yīng)技術(shù)，使得CPU之間可實(shí)現(xiàn)信息傳遞與共享，從而提升其訪問(wèn)便捷性，促進(jìn)信息提取準(zhǔn)確性提升。

ARINC429總通信模塊設(shè)計(jì)。該模塊作為航空電子通信系統(tǒng)重要的硬件組成部分，主要功能是保證系統(tǒng)各個(gè)部分能夠?qū)崿F(xiàn)信息準(zhǔn)確傳輸。對(duì)于ARINC429總通信模塊來(lái)說(shuō)，其一般由兩部分組成，一部分是信息接收器，另一部分是信息發(fā)送器。其中信息接收器負(fù)責(zé)采集、過(guò)濾信息，信息發(fā)送器負(fù)責(zé)傳遞信息，兩者各司其職，確保信息傳遞更加高效便捷。具體來(lái)說(shuō)，即是由信息接收器接受數(shù)據(jù)串，并經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化、過(guò)濾，實(shí)現(xiàn)信息發(fā)送的并串轉(zhuǎn)換，為信息發(fā)送提供了有力的保證。

LON WORKS數(shù)據(jù)通信模塊設(shè)計(jì)。針對(duì)該模塊設(shè)計(jì)首先需要做好主控制器選擇，一般會(huì)選擇FT3150智能手法器作為控制器，主要功能是實(shí)現(xiàn)模塊數(shù)據(jù)的同步采集，并有效實(shí)現(xiàn)模塊數(shù)據(jù)的傳遞，使得DSP芯片作用得以有效發(fā)揮。與此同時(shí)，通過(guò)延伸PC記得串行接口，從而使得該模塊所采集的數(shù)據(jù)直接上傳上位機(jī)，有效避免傳統(tǒng)信息傳遞出現(xiàn)的不準(zhǔn)確、丟失問(wèn)題，極大提升了信息傳遞的穩(wěn)定性。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)一般在硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過(guò)做好軟件設(shè)計(jì)工作，可以有效保證航空電子通信系統(tǒng)具備良好的穩(wěn)定性、實(shí)效性及可維護(hù)性。具體來(lái)說(shuō)，需要DSP數(shù)字信號(hào)處理器在航空電子通信系統(tǒng)中在較短的時(shí)間內(nèi)完成信息處理工作。例如在完成相應(yīng)信息接收之后，快速處理信息，并進(jìn)行邏輯判斷，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)控制信號(hào)的輸出。這整個(gè)過(guò)程應(yīng)在極短的時(shí)間內(nèi)完成，才能夠保證系統(tǒng)信息處理的實(shí)效性加以凸顯。

在可靠性方面，主要針對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)故障問(wèn)題而言，當(dāng)基于DSP下的航空通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨故障問(wèn)題時(shí)，能夠及時(shí)作出響應(yīng)，并結(jié)合實(shí)際采取一些列自動(dòng)化策略，最大限度的降低故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)的影響。最后在可維護(hù)性方面，由于航空通信系統(tǒng)涉及到的設(shè)備精密性較高，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要相應(yīng)軟件除了能夠完全貼合相應(yīng)設(shè)備需求，還能夠?qū)ο鄳?yīng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試與修改，從而在相應(yīng)軟件的支持下在不影響整體系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的前提下實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的維護(hù)。

4 基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)調(diào)試

任何精密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都會(huì)存在瑕疵，而調(diào)試的目的即是在系統(tǒng)運(yùn)行中及時(shí)將問(wèn)題查找出來(lái)加以解決，避免在后續(xù)運(yùn)行中釀成更大的損失，有效保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于航空電子通信系統(tǒng)本身較為復(fù)雜，在融入DSP數(shù)字信號(hào)處理器后，更加劇了這一復(fù)雜性，同時(shí)系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)調(diào)試一般包含多個(gè)方面，例如需要檢測(cè)電路板裸板、檢查電源輸出、檢查DSP工作狀態(tài)、測(cè)試RAM讀寫(xiě)等，只有保證上述內(nèi)容調(diào)試得到有效落實(shí)，才能夠確保系統(tǒng)能夠平穩(wěn)、安全的運(yùn)行。除此之外，基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)調(diào)試不僅包含內(nèi)容調(diào)試，同時(shí)也涉及到一定的系統(tǒng)維護(hù)。一旦在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要及時(shí)進(jìn)行維護(hù)調(diào)整。系統(tǒng)調(diào)試既可以是整個(gè)系統(tǒng)，也可以是系統(tǒng)的一部分，因此在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證方案設(shè)計(jì)具有良好的針對(duì)性。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在航空電子通信系統(tǒng)中應(yīng)用DSP數(shù)字信號(hào)處理器，基于DSP數(shù)字信號(hào)處理器自身優(yōu)勢(shì)，可以有效提升航空電子通信系統(tǒng)的信息處理能力。在實(shí)際進(jìn)行基于DSP的航空電子通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合DSP自身優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，以促使航空電子通信系統(tǒng)運(yùn)行更加高效平穩(wěn)。