不拆卸可更新程序的弹载电子设备的制作方法

1.本发明涉及弹载电子设备技术领域，具体涉及一种不拆卸可更新程序的弹载电子设备。


背景技术：

2.我国传统的导弹研制基本都是定制式的，不同型号导弹之间没有共用件，相同型号不同规格导弹之间的电子设备也不能互换。受导弹性质的特殊性影响，其研制过程管理与常规民用产品完全不同，导弹的所有弹载电子设备都按照承制单位生产、试验、交付总体单位
→
总体单位联调、总装、试验、交付使用单位这一固定流程执行。这一漫长的过程中一旦有任何质量问题，需要停下整个流程，然后所有相关单位的设计人员、质量管理人员等到场归零、拆卸、返厂、排故、试验、再交付、总装、试验，不允许在现场对导弹中的各弹载电子设备进行任何改动。
3.随着导弹型号的增加、研制进度的加快、技战术指标的提高，导弹的改进型号和新研型号都提出了缩减配套设备研制时间的要求，要求通过调整参数、升级程序和优化组合配置等方式，来满足呈数量级缩短的研制进度要求。然而，对于传统的导弹的弹载电子设备的程序更新，需要停止整个导弹的研制流程，先拆导弹，再拆弹载电子设备，后返厂对弹载电子设备拆壳后，才能对弹载电子设备进行程序升级，因为传统的导弹上既不会预留usb接口、网络接口或者其他程序升级接口，也不会在弹载电子设备上预留这些升级接口。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的是现有弹载电子设备存在无法进行程序更新的问题，提供一种不拆卸可更新程序的弹载电子设备。
5.为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.不拆卸可更新程序的弹载电子设备，由设备壳体、以及设置在设备壳体内的飞控计算机和至少一个功能模块组成；飞控计算机包括计算机电源电路、主机系统电路和至少一个飞控通信网络电路；计算机电源电路的供电输出端与主机系统电路和所有飞控通信网络电路的电源端连接；主机系统电路与所有飞控通信网络电路相连；每个功能模块包括内部电源电路、微处理器、功能通信网络电路、模块功能电路和至少一个程序升级控制电路；内部电源电路的供电输出端与微处理器、功能通信网络电路和模块功能电路的电源端连接；微处理器与功能通信网络电路和模块功能电路相连；每个功能模块的功能通信网络电路与飞控计算机的一个飞控通信网络相连；每个程序升级控制电路由复位模块、置位模块和锁存模块组成；复位模块与锁存模块连接，置位模块和与锁存模块连接；复位模块的电源端与该功能模块的内部电源电路的供电输出端连接；置位模块的置位信号端和锁存模块的输出信号端与该功能模块的微处理器连接；所有功能模块的功能通信网络电路和内部电源电路与增设在设备壳体外的程序更新接口连接。
7.上述方案中，飞控计算机还包括usb接口和/或以太网接口；usb接口和以太网接口
与飞控计算机的主机系统电路连接；飞控计算机的usb接口、以太网接口和计算机电源电路与增设在设备壳体外的调试接口连接。
8.上述方案中，每个功能模块内所设置的程序升级控制电路的数量与微处理器的升级配置端口数量相同。
9.与现有技术相比，本发明基于新研或改进型号的弹载电子设备产品，充分考虑弹载电子设备固有的内部空间和线缆等条件，仅通过增加少量电路(程序升级控制电路)和引出程序更新接口等改进方案，实现不拆卸弹载电子设备即可完成程序更新。对于新研型号，在型号立项研制初期就可以按该方案配置对应的程序升级控制电路及程序更新接口，这样在研制过程中涉及到程序更新操作时，不需要拆卸弹载电子，从而可以节省大量的返厂流程及重交付后装机试验流程等时间，有效加快新型号研制进度。对于改进型号，通过微调弹载电子设备结构或其内部印制板的方式增加程序升级控制电路，再改制原有线缆引出程序更新接口后，即可不拆卸实现弹载电子设备程序更新。当导弹型号的所有弹载电子设备程序更新功能全部采用统一的改制方案时，各弹载电子设备的改制方案可以由总体单位统一管控，并统一对各弹载电子设备的前期研制数据进行采信借用，这在管理程序上以及工程应用经验上都被证实为加快研制进度的有效手段。当导弹型号研制引入不拆卸实现弹载电子设备程序更新的要求后，也更有利于推动导弹型号配套设备标准化、通用化、模块化这一“三化”工作的级别提升，使各承研承制单位能够跳出旧思维完成本单位配套设备的“三化”级别提升，从而加快导弹型号“搭积木”式研制工作的步伐，在确保导弹技战术指标的同时有效加快研制进度，控制研制质量。
附图说明
10.图1为一种不拆卸可更新程序的弹载电子设备的原理框图；
11.图2为一种功能模块的原理框图；
12.图3为另一种功能模块的原理框图；
13.图4为程序升级控制电路的原理框图；
14.图5为一种为程序升级控制电路的电路图(分立器件)；
15.图6为另一种为程序升级控制电路的电路图(集成电路)。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本发明进一步详细说明。
17.一种不拆卸可更新程序的弹载电子设备，如图1所示，由设备壳体、以及设置在设备壳体内的飞控计算机和至少一个功能模块组成。一般情况下，此处的设备壳体是指导弹中用于承载所有弹载电子设备的安装腔体，与常规产品外壳不完全相同。
18.飞控计算机为弹载电子设备的控制模块，其包括计算机电源电路、主机系统电路、usb接口、以太网接口和至少一个飞控通信网络电路。计算机电源电路、主机系统电路和飞控通信网络电路沿用现有弹载电子设备的飞控计算机中的相关电路。增设的usb接口和以太网接口采用市面上已有的usb接口和以太网接口。计算机电源电路的供电输出端与主机系统电路和所有飞控通信网络电路的电源端连接。主机系统电路与usb接口、以太网接口和
所有飞控通信网络电路相连。usb接口、以太网接口和计算机电源电路与增设在设备壳体外的调试接口连接。
19.每个功能模块为实现弹载电子设备所需各项功能的模块，其包括内部电源电路、微处理器、功能通信网络电路、模块功能电路和至少一个程序升级控制电路。如图2和3所示。内部电源电路、微处理器、功能通信网络电路和模块功能电路沿用现有弹载电子设备的功能模块中的相关电路。增设的程序升级控制电路的数量由微处理器的升级配置端口数量决定，一个升级配置端口需要一个程序升级控制电路。功能模块的功能通信网络电路与飞控计算机的一个飞控通信网络相连。内部电源电路的供电输出端与微处理器、功能通信网络电路和模块功能电路的电源端连接。微处理器与功能通信网络电路和模块功能电路相连。每个程序升级控制电路，由复位模块、置位模块和锁存模块组成。如图4所示。复位模块与锁存模块连接，置位模块和与锁存模块连接。复位模块的电源端与该功能模块的内部电源电路的供电输出端连接。置位模块的置位信号端和锁存模块的输出信号端与该功能模块的微处理器连接。所有功能模块的功能通信网络电路和内部电源电路与增设在设备壳体外的程序更新接口连接。复位模块用于在产品启动过程中(即自电源给产品供电开始的一段时间内)给程序升级控制电路复位，确保程序升级控制电路输出电平的配置情况可以让微处理器处于正常工作模式。为便于表述，将此时程序升级控制电路的输出状态记为复位状态，该状态下微处理器所处的工作模式记为应用模式。置位模块用于在微处理器接到程序更新指令后执行微处理器输出的置位指令，使程序升级控制电路输出电平的配置由微处理器正常工作模式转换为微处理器程序更新模式。为便于表述，将此时程序升级控制电路的输出状态记为置位状态，该状态下微处理器所处的工作模式记为更新模式，而微处理器输出置位指令将程序升级控制电路由复位状态变为置位状态的操作记为置位操作。锁存模块用于在程序升级控制电路上电期间(即电源给产品持续正常供电的整个时间内)，将程序升级控制电路的复位状态及置位状态分阶段保持住，即复位状态需要自产品上电保持到置位操作之前。若整个产品上电期间无置位操作，则锁存模块需要将复位状态自产品上电保持到产品下电。而置位状态需要自置位操作保持到产品下电。
20.本发明的核心点在于提出在弹载电子设备的每个功能模块内配置程序升级控制电路和程序更新接口，以实现不拆卸弹载电子设备和功能模块的外壳便能够实现各功能模块内部参数调整和程序升级，从而满足呈数量级缩短的研制进度的要求。同时，通过在飞控计算机内增设接口电路和调试接口来实现不拆卸弹载电子设备的外壳，便能够实现对整个弹载电子设备的调试。
21.程序升级控制电路的复位模块、置位模块及锁存模块在不同的电路方案中，其具体组成形式及连接关系可以根据具体情况进行设计。在本发明优选实施例中，程序升级控制电路的电路为分立器件方案和/或集成电路方案，其具体如下：
22.参见图5，一种分立器件方案的程序升级控制电路由电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、二极管d1、电容c1、pnp三极管q1以及npn三极管q2组成。电阻r1的1端、pnp三极管q1的e极互连后与电源正端vcc连接；电阻r1的2端、pnp三极管q1的b极以及电阻r2的1端互连；电阻r2的2端与npn三极管q2的c极连接，同时作为控制电路的输出信号端bt-sci，与微处理器的boot配置引脚连接；pnp三极管q1的c极与电阻r3的1端连接；电阻r3的2端、电阻r4的2端、电阻r6的1端、电容c1的1端以及npn三极管q2的b极互连；电阻r4的1端与
二极管d1的阴极连接；二极管d1的阳极与电阻r5的1端连接，同时作为控制电路的置位信号端bt-en-io，与微处理器的gpio口连接；电阻r5的2端、电容c1的2端、电阻r6的2端、npn三极管q2的e极互连后与电源地gnd连接。电源正端vcc与电源地gnd即为程序升级控制电路中与内部电源电路的供电输出端相连的电源端。
23.上述分立器件方案的控制电路工作原理如下：
24.vcc上电后，微处理器进行上电复位，此时其gpio处于高阻状态，则bt-en-io的电平被r5下拉，npn三极管q2的b极电平受电阻r6下拉，使得npn三极管q2处于截止状态(即高阻状态)，从而使bt-sci的输出电平由电阻r1、电阻r2串联后上拉至vcc，输出高电平，此为复位状态，确保微处理器工作于应用模式；
25.微处理器复位完成进入应用模式，在接收到程序更新指令前控制输出保持bt-en-io为低电平。
26.微处理器接收到程序更新指令后输出置位指令，bt-en-io由低变高，高电平经二极管d1、电阻r4传递到npn三极管q2的b极后控制npn三极管q2开通，bt-sci被npn三极管q2下拉到gnd，输出低电平，此为置位状态，该状态下微处理器进入更新模式；
27.置位状态下，微处理器处于更新模式，gpio处于高阻状态，则bt-en-io的电平被r5下拉；置位状态下，pnp三极管q1的vbe由vbe≈0v变为vbe≥0.7v，pnp三极管q1导通，电阻r3的1端电压约等于vcc，npn三极管q2的b极电压由电阻r3上拉后vbe≥0.7v，确保npn三极管q2在微处理器更新模式下保持导通，直到产品下电，即置位状态在置位控制后一直到产品下电为止被锁定。
28.参见图6，一种集成电路方案的程序升级控制电路由d触发器k1、电阻r7、电阻r8、电容c2、电容c3组成。电阻r7的1端、电阻r8的1端、电容c3的1端d触发器k1的vcc端(1脚，电源正端)互连后与电源正端vcc连接；电阻r7的2端、电容c2的2端以及d触发器k1的端(6脚，复位端)互连；电容c2的1端、电容c3的2端以及d触发器k1的gnd端(4脚，电源地端)均与电源地gnd连接；d触发器k1的端(3脚，逻辑非输出端)作为控制电路的输出信号端bt-sci，与微处理器的boot配置引脚连接；电阻r8的2端与d触发器k1的端(7脚，置位端)连接，同时作为控制电路的置位信号端bt-en-io，与微处理器的gpio口连接。电源正端vcc与电源地gnd即为程序升级控制电路中与内部电源电路的供电输出端相连的的电源端。
29.d触发器的真值表如下：
[0030][0031]
上述集成电路方案的控制电路工作原理如下：
[0032]
vcc上电后，微处理器进行上电复位，此时其gpio处于高阻状态，则bt-en-io的电平被r8上拉，即d触发器k1的此时d触发器k1的端电平由电阻r7与电容c2
构成的rc电路控制由低逐渐升高，即在之前，有一段时间而由于没有电容的影响，可以认为是与产品上电速度保持一致的，因此d触发器k1在产品上电期间的真值状态分为两个阶段，分别为的阶段1与的阶段2；参考d触发器的真值表可知阶段1中d触发器k1的端为高电平，阶段2中d触发器k1的端电平与上一个状态阶段1输出保持一致为高电平，即d触发器k1的端电平在产品上电复位后保持为高电平，此为复位状态，确保微处理器工作于应用模式；
[0033]
微处理器复位完成进入应用模式，在接收到程序更新指令前控制输出保持bt-en-io为高电平。
[0034]
微处理器接收到程序更新指令后输出置位指令，bt-en-io由高变低，d触发器k1进入的阶段3；参考d触发器的真值表可知阶段3中d触发器k1的端为低电平，此为置位状态，该状态下微处理器进入更新模式；
[0035]
置位状态下，微处理器处于更新模式，gpio处于高阻状态，则bt-en-io的电平被r8上拉，即d触发器k1的而由于产品保持上电状态，d触发器k1的端保持为高电平，即d触发器k1经过阶段3后又进入电平，即d触发器k1经过阶段3后又进入的阶段2，阶段2中d触发器k1的端电平与上一个状态阶段3的保持一致为低电平，即置位状态在置位控制后一直到产品下电为止被锁定。
[0036]
上述分立器件方案与集成电路方案的控制电路，是针对微处理器只有一个boot口且boot口高电平为应用模式、低电平为更新模式。当有多个boot口需要控制，只需要将上述控制电路方案作为独立的电路模块并联使用即可；当boot口低电平为应用模式、高电平为更新模式时，以集成电路方案为例，将d触发器k1的q端(5脚，逻辑正输出端)作为控制电路的输出信号端bt-sci，其他接法与工作过程保持不变即可。参考上述分立器件方案与集成电路方案，具有一定电路设计能力的技术人员很容易构建出其他形式的控制电路方案，这些参考本发明思想的实施方案也在本发明保护范围之内。上述控制电路的方案，可以根据元器件选型范围、分立元器件与集成电路应用习惯、成本、印制板布局灵活度等情况自由组合。
[0037]
在本发明中，功能模块的微处理器的gpio口与控制电路的置位模块连接，连接信号即为bt-en-io。功能模块的微处理器boot口与控制电路的锁存模块连接，连接信号即为bt-sci。功能模块的微处理器的sci口经过产品内部的rs232或rs422通信接口模块即功能通信网络电路进行电平转换后，经产品自带的通信电缆与产品外面的usb转串口模块连接，usb转串口模块与pc连接，用于实现微处理器与pc之间的串口通信。功能模块的内部电源电路经产品自带的通信电缆与外面的电源连接，其中电源应有上电控制开关，或者在电源与内部电源连接电缆上串联一个控制开关。程序升级控制电路与微处理器及功能通信网络电路一般布置在同一块印制板上，以微处理器的程序更新控制子电路形式存在，同为功能模块的一部分，与微处理器共用功能模块的内部电源。
[0038]
上述用于弹载电子设备内部功能模块的微处理器程序在线更新的控制电路的运
行方法，包括步骤如下：
[0039]
1)给功能模块上电，使微处理器工作在应用模式；
[0040]
2)通过串口助手等pc端通用软件，按通信协议给微处理器下发程序更新指令；
[0041]
3)微处理器解析并执行程序更新指令，对控制电路进行置位控制，使微处理器进入更新模式；
[0042]
4)断开串口助手与微处理器的通信连接，使用微处理器厂家提供的pc端通用串口升级程序与进入更新模式的微处理器连接并烧录更新程序；
[0043]
5)待微处理器厂家提供的pc端通用串口升级程序确认微处理器程序更新成功后，退出串口升级程序，并给功能模块下电，延时确保控制电路退出置位状态。
[0044]
上述方法中，给功能模块上电/下电操作可以使用电源自带的输出控制开关，或使用串联在连接电缆上的电源开关。串口助手与微处理器之间的通信协议中波特率、通信字节位数、校验方式等与微处理器应用程序的一致，需要另外约定的内容包括更新指令字节、校验字节等，相关技术细节具备微处理器基本应用能力的技术人员一般都了解，在此不细述。使用微处理器厂家提供的pc端通用串口升级程序与进入更新模式的微处理器连接并烧录更新程序的相关操作步骤与要点均有对应操作手册可以参考，不在本发明的保护范围内。
[0045]
本发明基于产品自带的rs232、rs422等通信接口、微处理器厂家提供的pc端通用串口升级程序以及串口助手等常用pc端调试程序，在不额外增加程序存储器、不额外增加调度程序、不额外增加调试电缆等前提下，实现了弹载电子设备内部功能模块的微处理器程序在线更新，从而实现不拆卸完成弹载电子设备的程序更新。由于采用了弹载电子设备自带的rs232、rs422等通信接口及电缆进行程序更新，不需要额外的通信接口，简化了产品的程序升级接口设计。使用弹载电子设备所用微处理器厂家提供的pc端通用串口升级程序以及串口助手等常用pc端调试程序按设定的方法步骤操作即可完成弹载电子设备的程序更新，可有效降低弹载电子设备研发人员对微处理器程序升级后台技术的掌握要求，可有效降低微处理器在弹载电子设备开发及维护过程中的实际应用难度，并且通过避免非专业人员应用微处理器程序升级后台技术可有效减少弹载电子设备产品出错风险，健壮了产品设计。采用程序升级控制电路通过微处理器应用程序及产品自带的rs232、rs422等通信接口即可借助控制电路按设定的方法步骤完成弹载电子设备程序更新，不需要额外的调试电缆与升级装置，可真正实现弹载电子设备程序更新不拆壳，简化了弹载电子设备程序更新操作的工作量，使得部分体积、空间紧张没法额外布置调试电缆的弹载电子设备也能实现程序更新不拆壳。
[0046]
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。