无人战车控制系统时间触发总线的制作方法

无人战车控制系统时间触发总线
所属技术领域
1.本技术发明涉及信息总线技术领域，具体为一种无人战车控制系统时间触发总线。


背景技术：

2.无人战车控制系统是无人战车重要组成部分，其采用的数据总线架构直接决定着无人战车的性能，特别是当前的无人战车控制系统采用分布式综合模块化电子系统，传统的控制系统构架总线无法满足对总线时间确定性、多冗余高容错、可组合、可继承性、高带宽等指标要求，制约了炮塔以及武器站火控系统性能的发挥，进而降低了战场生存率。特别是未来无人战车总线必须具有更多的功能、更好的适应性、更高的可靠性和更强的生存能力。时间触发总线是一种可容错的基于时间触发的协议，支持在多个节点上实施冗余节点和冗余功能，通信控制芯片的操作基于其内部的容错高精度全局时钟来建立的时间基准。时间触发总线已经广泛地应用于各种载人交通工具中，目前已经应用到美国国家航空航天局(nasa)在猎户座(orion)飞船电子系统，空客a380的压力控制舱、军机的数字发动机控制器以及瑞士等国铁路信号和交换系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有的技术的不足，提供一种无人战车控制系统时间触发总线。
4.本技术发明通过如下技术方案予以实现：
5.提供一种无人战车控制系统时间触发总线，其特征在于采用可容错的基于时间触发的协议，支持在多个节点上实施冗余节点和冗余功能，通信控制芯片的操作基于其内部的容错高精度全局时钟来建立的时间基准，总线通信控制硬件中包含总线监听，当系统中出现失效节点时，不会影响其他节点的正常通信。其中主控系统采用双冗余设计，正常工作分别承担不同控制任务，其中1台故障时控制任务由正常主控系统全部承担，底盘控制和能源控制采用多冗余多节点设计，避免单一故障造成无人车不能行驶，时间触发总线采用双冗余设计提高可靠性，另外自主单元计算任务由单独的控制器承担，总线上还包括感知系统、炮控系统、辅助系统等。无人战车控制系统时间触发总线可以满足新一代无人战车控制系统总线高数据量、高实时性等的技术特点，尤其是支持各种实时或非实时的数据在同一链路中传输的特点。
6.所述主控系统采用双冗余设计，其特征是主控系统以时间触发技术为核心，采用时间触发网络架构，在通信过程中对时间触发流量数据交换以及处理延时，时间同步策略采取定时触发或灵活时间触发以及关键事件触发方式，正常工作分别承担不同控制任务，其中1台故障时控制任务由正常主控系统全部承担。自主单元计算任务由单独的控制器承担，其功能是根据地图信息计算自主规划指令，根据雷达、视觉、红外传感器信息以及导航和惯导组件生成自主行驶避障指令，根据光电提供图像自主识别目标和跟随目标生成打击
指令。无人战车控制系统根据功能划分为若干个功能块，每个功能块内部的系统架构由功能控制器搭建功能支路总线通过时间触发总线与控制器相连接。
7.所述时间触发总线采用双冗余设计，优先级任务和一般任务分别由不同时间触发总线承担，关键信息和指令自动双总线备份或下达，当其中1条总线出现故障，正常工作的总线承担所有的总线数据及指令，直至故障总线回复正常。底盘控制和能源控制采用多冗余多节点设计，自动屏蔽故障支路的数据，保证系统仍能正常运行，以满足高安全性、高可靠性的要求。总线上还包括感知系统、炮控系统、辅助系统等，其功能是通过传感器完成环境感知，发动机提供动力或发电，控制轮毂电机行驶；通过光电识别目标物，方位电机和高低电机控制炮塔随动，光电锁定目标实现打击跟随，最终火控系统实现打击。
8.本发明与现有技术相比具有如下优点：
9.(1)本发明的无人战车控制系统时间触发总线，，在通信过程中对时间触发流量数据交换以及处理延时，时间同步策略采取定时触发或灵活时间触发以及关键事件触发方式，有效避免数据帧争用物理链路，保证通信延迟和时间偏移的确定性，具备高传输速率、硬实时、安全性和灵活性的特点，以及低延时抖动的强大信息处理交换能力，相比传统的通信平台或总线结构在系统确定性、资源损耗、可靠性、实时性上有很大优势。
10.(2)本发明对关键硬件模块都进行冗余设计，支持在多个节点上实施冗余节点和冗余功能，具备总线诊断和总线监听功能，实现故障的检测、识别、隔离、评估和约束，保证即使系统中出现局部故障，也不能影响整个系统安全，单个节点的故障不会传播到整个系统，满足无人战车对可靠性和容错性高要求，另外本发明还满足无人战车控制系统总线设计的体积、重量、精度等指标。
附图说明
11.下面结合附图和实施例对本技术发明进一步说明。
12.图1是无人战车控制系统时间触发总线组成框图。
13.图2是无人战车控制系统时间触发总线软件构架。
14.图3是无人战车控制器总线时间触发时序。
15.图4是无人战车控制系统时间触发总线板卡设计。
16.图5是无人战车控制系统时间触发总线节点信息流程。
具体实施方式
17.下面采用附图和实施例对本技术发明做进一步说明，此处所说明的附图用来提供对本技术发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本技术发明的限定。
18.无人战车控制系统时间触发总线采取分布式通信链路为技术，利用双余度时间触发总线交换网实现底盘控制系统、能源控制系统、感知系统、炮控系统、辅助系统等与主控制器及自主单元之间的通信，以保证系统实时性和可靠性。无人战车控制系统根据功能划分为若干个功能块，每个功能块内部的系统架构由功能控制器搭建功能支路总线，系统中以主控制器为中心，通过级联式双余度时间触发通信网络，实现内部模块之间、外部与其它子系统的功能分系统/设备，共同协作来完成系统所赋予各种功能及操作任务。无人战车控制系统时间触发总线整个系统方案如图1所示，针对这种分布式系统结构，可利用开放式、
可重构安全控制技术实现各传感器/设备/任务载荷之间的资源共享，提高系统的任务可靠性，增强安全关键系统的可扩展性和可维护性，降低研发复杂度和研发成本。
19.无人战车控制系统时间触发总线采用可容错的基于时间触发的协议，支持在多个节点上实施冗余节点和冗余功能，通信控制芯片的操作基于其内部的容错高精度全局时钟来建立的时间基准。无人战车控制系统有大量的代码量和软件包，中间件是分布式系统开发中广泛采用的软件层技术，如图2所示，无人战车控制系统时间触发总线中间件介于系统软件与应用软件两者之间，它实现了编程的抽象，并且屏蔽了系统底层的操作系统、硬件设备、网络通信以及编程语言的复杂性和异构性。控制系统时间触发总线中间件支持异构环境的开发和互操作，提供语言及位置透明，可移植性较强，使应用层软件在不同平台上都可以平滑运行，可以提高系统的灵活性和适应性，降低无人战车控制系统的研发复杂度和研发成本。
20.无人战车控制系统控制器总线时间通信机制的消息由全局调度列表定位，数据帧不需要包含地址信息，如图3所示，这既提高了传输带宽，又避免了冲突和故障。控制器时间触发协议总线通信通过建立统一的全局时钟进行通信任务的调度，每个通信节点在时间轴上指定的时间槽发送信息基于全局同步时钟，采用预先设计的静态全局调度列表驱动模式的数据传输，与外部事件无关，使得能以最小的抖动和可预测的延时在节点间提供数据传输服务，并避免总线冲突，并根据系统各节点的通信任务需求、实时性需求等指标，合理地优化和求解系统的全局通信任务的调度。
21.无人战车控制系统时间触发总线采用分布式系统架构，每个功能块功能控制器通过节点板卡与时间触发总线相连，如图4所示，节点板卡利用fpga实现时间触发协议，保证系统的实时性和可靠性，通过pcie、spi或rapid io等接口与总线相连，进行数据交互，将网络中发来的数据处理之后传送给主控制器，并保证将主控制需要发送的数据确定性地传输至网络设备中。另外，可通过jtag、spi或串口等预留接口对节点板卡进行配置和管理。
22.无人战车控制系统时间触发总线节点信息流程如图5所示，时间触发协议总线通信机制适用于分布式控制网络，在通信调度表的实现和时钟同步方面均采用了分布式的控制方式，依次按顺序发送主节点传输来的数据并判断数据帧的类型，每两个节点之间的发送数据间隔，各节点在不发送数据的时候一直接收其他节点的数据，各节点对接收到的帧进行判断，如果是自己要接收的帧并且没有错误就将该帧上传给主控制器。系统中时间触发总线没有主从概念，这样当系统中出现失效节点时，不会影响其他节点的正常通信。通信控制硬件中包含总线监听，它与其他节点一样并共用时钟，系统中的成员互相告知其他成员的健康状态以及发送器和接收器设置的消息状态，从而使得无人战车控制系统时间触发总线具备高传输速率、硬实时、安全性和灵活性的特点。
23.综上所述，无人战车控制系统时间触发总线，其特征在于采用可容错的基于时间触发的协议，支持在多个节点上实施冗余节点和冗余功能，通信控制芯片的操作基于其内部的容错高精度全局时钟来建立的时间基准，总线通信控制硬件中包含总线监听，当系统中出现失效节点时，不会影响其他节点的正常通信。其中主控系统采用双冗余设计，正常工作分配控制任务，其中1台故障时控制任务由正常主控系统全部承担，底盘控制和能源控制采用多冗余多节点设计，避免单一故障造成无人车不能行驶，时间触发总线采用双冗余设计提高可靠性，另外自主单元计算任务由单独的控制器承担，总线上还包括感知系统、炮控
系统、辅助系统等。无人战车控制系统时间触发总线可以满足新一代无人战车控制系统总线高数据量、高实时性等的技术特点，尤其是支持各种实时或非实时的数据在同一链路中传输的特点。
24.以上所述的具体实施方法，对本技术发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术发明的具体实施方式而已，并不用于限定本技术发明的保护范围，凡在本技术发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术发明的保护范围之内。