專利名稱：離散量接口同步控制裝置、離散量采集及輸出控制方法
離散量接口同步控制裝置、離散量采集及輸出控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離散量接口控制技術(shù)，特別是涉及安全/任務(wù)關(guān)鍵性航空電子設(shè)備的離散量接口控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
在航空電子系統(tǒng)中廣泛使用離散量接口，不同功能的航空電子設(shè)備可能具有數(shù)量眾多、類型不同的離散量接口。離散量接口類型的差異體現(xiàn)在離散量信號(hào)的阻抗變換、信號(hào)隔離上；這些離散接口通常采用軟件操作微控制器或微處理器所連接的數(shù)字接口來(lái)控制。依據(jù)控制方向，離散量接口包括離散量輸入采集和離散量輸出控制，離散量輸入用于傳感器的采集或設(shè)備狀態(tài)的指示，如圖1A所示；離散量輸出用于作動(dòng)器的控制或表征設(shè)備的操作指令，如圖1B所示。例如用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)采集、記錄的設(shè)備可能需要采集幾十路甚至上百路離散量輸入的狀態(tài)；基于綜合模塊化航空電子系統(tǒng)架構(gòu)的飛機(jī)(如A380、B787)上，區(qū)域分布的遠(yuǎn)程輸入輸出接口設(shè)備用來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)傳感器、作動(dòng)器與機(jī)上骨干網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞，其離散量接口可能多達(dá)上百路。進(jìn)行航空電子設(shè)備開(kāi)發(fā)的前期很難從上層需求中捕獲到與離散量接口控制相關(guān)的要求，而且設(shè)計(jì)者也往往忽略了離散接口控制對(duì)系統(tǒng)安全的意義，另外系統(tǒng)需求更改或系統(tǒng)架構(gòu)變化可能影響離散量接口的控制要求，使得設(shè)備不能很好地滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，甚至影響設(shè)備安全/任務(wù)關(guān)鍵性。同時(shí)離散量接口控制對(duì)系統(tǒng)安全/任務(wù)關(guān)鍵性的影響具有很強(qiáng)的隱蔽性，甚至在設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)都難以被發(fā)現(xiàn)。航空電子設(shè)備要求有很高的安全/任務(wù)關(guān)鍵性，其離散量接口的控制方式會(huì)影響其安全/任務(wù)關(guān)鍵性。

因需求分析不完整和設(shè)計(jì)考慮不周全，當(dāng)前航空電子設(shè)備離散量接口的控制大多采用異步控制方式，這種控制方式受任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度和中斷服務(wù)等方面的影響，使得存在安全隱患，會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)虛警或錯(cuò)誤的動(dòng)作；例如離散量輸出的順序控制存在產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出的風(fēng)險(xiǎn)，觸發(fā)不符合預(yù)期要求的動(dòng)作，影響操作安全；離散量輸入的次序獲取不能保證在同一時(shí)刻獲取一組相關(guān)離散量的狀態(tài)，從而離散量跳變時(shí)會(huì)采集錯(cuò)誤的狀態(tài)，引發(fā)錯(cuò)誤的邏輯識(shí)別做出錯(cuò)誤的動(dòng)作，并且次序操作會(huì)增加延遲時(shí)間，影響設(shè)備執(zhí)行操作的性能。具體可以基于一定假設(shè)的一組離散量接口控制操作為例對(duì)異步控制方式的過(guò)程并分析其可能對(duì)系統(tǒng)造成的影響。首先假設(shè):(I) A、B組離散量在本次操作之前的狀態(tài)均為假；(2)假定離散量輸入狀態(tài)檢測(cè)操作時(shí)間均相同，為Ti，離散量輸出控制操作時(shí)間均相同，為To，邏輯判斷時(shí)間忽略；(3)假定真為1，假為O。操作要求:設(shè)備檢測(cè)A組(2路，分別為11、12)離散量邏輯狀態(tài)均真時(shí)，輸出B組(三路，分別為01、02、03)離散量邏輯為真，機(jī)上作動(dòng)器通過(guò)對(duì)B組離散量三選二表決來(lái)讓飛機(jī)做出某項(xiàng)動(dòng)作。
其中具體的控制步驟如圖2所示，包括如下步驟:步驟1:設(shè)備通過(guò)Il的采集接口檢測(cè)出Il的邏輯狀態(tài)為1，此時(shí)
的狀態(tài)為 000 ；步驟2:設(shè)備通過(guò)12的采集接口檢測(cè)出12的邏輯狀態(tài)為1，此時(shí)
的狀態(tài)為 000 ；步驟3:設(shè)備判斷[12..II]的邏輯狀態(tài)為11，此時(shí)
的狀態(tài)為000 ；步驟4:設(shè)備通過(guò)01的控制接口設(shè)置01的控制輸出為1，
的狀態(tài)為001 ;步驟5:設(shè)備通過(guò)02的控制接口設(shè)置02的控制輸出為1，此時(shí)
的狀態(tài)為011 ；步驟6:設(shè)備通過(guò)03的控制接口設(shè)置03的控制輸出為1，此時(shí)
的狀態(tài)為111。在上述操作步驟(即為圖3A中所示的S 1、S2、S3、S4、S5、S6)連續(xù)的情況下，邏輯控制狀態(tài)
的變化會(huì)如圖3A所示；操作步驟4 (即S4)、步驟5 (即S5)會(huì)輸出錯(cuò)誤的邏輯控制狀態(tài)即
=001和011。雖然兩個(gè)錯(cuò)誤狀態(tài)保持時(shí)間很短且011狀態(tài)作動(dòng)器能識(shí)別與目標(biāo)狀態(tài)一致，但如果因某種原因使得001狀態(tài)保持時(shí)間較長(zhǎng)，而被作動(dòng)器檢測(cè)到會(huì)進(jìn)而產(chǎn)生虛警或做出錯(cuò)誤的動(dòng)作。影響狀態(tài)保持的原因有多種，例如出現(xiàn)更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占資源、中斷服務(wù)等，尤其是在頻繁接口操作的時(shí)候出現(xiàn)系統(tǒng)異常導(dǎo)致死機(jī)或重啟，這些應(yīng)將將對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重后果。圖3B為例錯(cuò)誤邏輯狀態(tài)持續(xù)較長(zhǎng)的一種情況，其中001錯(cuò)誤狀態(tài)保持時(shí)間Ts4會(huì)保持高優(yōu)先級(jí)任務(wù)和中斷服務(wù)程序的運(yùn)行時(shí)間一致。另外，采用異步控制方式進(jìn)行示例操作時(shí)，需要對(duì)11和12進(jìn)行兩次離散量輸入采集操作，和對(duì)01、02和03進(jìn)行三次離散量輸出控制操作，其操作時(shí)間T = 2Ti+3To。另外，邏輯控制 方法需要滿足系統(tǒng)升級(jí)或需求變化對(duì)其靈活配置的要求。雖然可以硬件電路的更改或機(jī)上設(shè)備互聯(lián)線纜的重新鋪設(shè)來(lái)滿足該要求，但會(huì)帶來(lái)很大的工作量、成本和風(fēng)險(xiǎn)。因此為滿足各種系統(tǒng)應(yīng)用的要求，航空電子設(shè)備離散量接口控制技術(shù)要靈活、可靠，并滿足實(shí)時(shí)性的要求。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種離散量接口同步控制裝置、離散量采集及輸出控制方法，以解決現(xiàn)有的異步控制方式對(duì)設(shè)備安全關(guān)鍵性的影響，以及接口操作步驟復(fù)雜、操作時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，實(shí)施本發(fā)明的離散量接口同步控制裝置包括一組控制通道，并且該控制通道具有多個(gè)端口，另外該離散量接口同步控制裝置還包括一通道端口映射寄存器，該通道端口映射寄存器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各離散量接口到控制通道及其端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系為每一離散量接口配置對(duì)應(yīng)的控制通道與其端口。為實(shí)現(xiàn)上述目的，利用上述的離散量接口同步控制裝置進(jìn)行離散量采集的方法，其中該方法是通過(guò)離散量接口同步控制裝置的通道端口映射寄存器所配置的控制通道及其端口同步采集離散量接口輸入的信息。為實(shí)現(xiàn)上述目的，利用上述的離散量接口同步控制裝置進(jìn)行離散量輸出控制的方法，其中該方法是通過(guò)離散量接口同步控制裝置的通道端口映射寄存器所配置的控制通道及其端口同步進(jìn)行離散量輸出控制操作。依據(jù)上述主要特征，預(yù)先設(shè)定的各離散量接口到控制通道及其端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系可依據(jù)系統(tǒng)配置管理的要求，在某個(gè)控制通道故障時(shí)實(shí)時(shí)更改通道映射關(guān)系。依據(jù)上述主要特征，離散量接口同步控制裝置通過(guò)一可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。依據(jù)上述主要特征，上述的離散量接口共有64路，控制通道有4個(gè)，并且該控制通道為16位寬，通道、端口配置表有6位數(shù)據(jù)為離散量接口指示對(duì)應(yīng)的通道及端口，其中4個(gè)控制通道要求離散量接口的通道配置位為2位，控制通道的16位寬度要求離散量接口的端口配置位為4位。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提出依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)配置表的形式，進(jìn)行各路離散量接口的通道和端口映射關(guān)系進(jìn)行配置，避免了傳統(tǒng)的異步控制方式對(duì)設(shè)備安全關(guān)鍵性的影響，并且通過(guò)簡(jiǎn)化接口操作步驟，縮短操作時(shí)間。

圖1A為離散量輸入采集的示意圖。

圖1B為離散量輸出控制的示意圖。圖2為現(xiàn)有的離散量接口異步控制方式的控制步驟示意圖。圖3A與圖3B為圖2所示的離散量接口異步控制方式的邏輯控制狀態(tài)示意圖。圖3C為實(shí)施本發(fā)明離散量接口同步控制方法的邏輯控制狀態(tài)示意圖。圖4為實(shí)施本發(fā)明離散量接口同步控制方法的一具體實(shí)施例的控制步驟示意圖。圖5實(shí)施本發(fā)明的離散量接口同步控制裝置的系統(tǒng)框架圖。圖6為圖5所示的實(shí)施例中的通道、端口配置表。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖4所示，為實(shí)施本發(fā)明的一具體實(shí)施例的控制步驟示意圖，其中此實(shí)施例的假設(shè)和操作要求均如圖2所示的一樣，其具體的控制步驟包括:步驟1:設(shè)備通過(guò)Il和12的采集接口檢測(cè)出[12..1I]的邏輯狀態(tài)為11，此時(shí)
的狀態(tài)為000，如圖3C中的SI所示；步驟2:設(shè)備判斷[12..1I]的邏輯狀態(tài)為11，此時(shí)
的狀態(tài)為000，如圖3C中的S2所示；步驟3:設(shè)備通過(guò)
的控制接口設(shè)置
的控制輸出為有效，
的狀態(tài)為111，如圖3C中的S3所示。如圖3C所示，采用同步控制方式時(shí)，各步驟(如圖中所示的S1、S2及S3)中邏輯控制狀態(tài)
會(huì)同步更新，避免了異步控制方式中的錯(cuò)誤控制狀態(tài)001和011，這樣很好地避免了引發(fā)系統(tǒng)安全/任務(wù)關(guān)鍵性問(wèn)題的可能。另外，采用同步控制方式進(jìn)行示例操作時(shí)，僅需要通過(guò)兩步操作來(lái)分別采集[12..1I]和控制
，其操作時(shí)間T = Ti+To，相比異步控制方式縮短了微秒級(jí)(項(xiàng)目設(shè)備單步操作持續(xù)時(shí)間為0.5uS)的時(shí)間差:AT = Ti+2To，這一時(shí)間差是由于異步控制方式需要次序地采集離散量輸入和離散量輸出控制引入的；采用同步控制方式可以縮短接口操作時(shí)間；特別是對(duì)于具有大量離散量接口的飛參采集設(shè)備和遠(yuǎn)程輸入輸出單元，引起接口數(shù)量眾多，周期性采集這些接口狀態(tài)會(huì)明顯增加任務(wù)時(shí)間，例如遠(yuǎn)程輸入輸出單元需要實(shí)現(xiàn)各種離散信號(hào)、低速總線數(shù)據(jù)與核心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)發(fā)，而其信號(hào)采集的頻率和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)延遲是衡量這些設(shè)備的重要指標(biāo)，甚至?xí)绊懙疥P(guān)鍵任務(wù)的應(yīng)用。同時(shí)，同步控制方式會(huì)明顯縮短接口操作時(shí)間。上述的離散量接口同步控制方法通過(guò)如圖5所示的離散量接口同步控制裝置實(shí)現(xiàn)，該離散量接口同步控制裝置包括一組控制通道，并且該控制通道具有多個(gè)端口，另外該離散量接口同步控制裝置還包括一通道端口映射寄存器，各離散量接口到控制通道及其端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系可依據(jù)應(yīng)用需求通過(guò)通道端口映射寄存器來(lái)配置，這些配置信息可依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以配置表或文件(如圖6所示)的形式加載到設(shè)備中；離散量接口的通道、端口的配置與總通道數(shù)和控制接口的位寬相關(guān)。在具體實(shí)施時(shí)，圖5所示的離散量接口同步控制裝置可通過(guò)一可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在具體實(shí)施時(shí)，可依據(jù)系統(tǒng)配置管理的要求，在某個(gè)通道故障時(shí)實(shí)時(shí)更改通道映射關(guān)系。圖5所表示是為64路離散量接口到4個(gè)16位寬控制通道的示例。圖6為圖5所示的實(shí)施例中的通道、端口配置表，支持圖5所示的
的同步控制方式。圖5中4個(gè)控制通道要求離散量接口的通道配置位為2位；控制通道的16位寬度要求離散量接口的端口配置位為4位，即通道、端口配置表總共需要6位數(shù)據(jù)為離散量接口指示對(duì)應(yīng)的通道及端口。如上所述，在進(jìn)行離散量采集時(shí)，可通過(guò)上述的離散量接口同步控制裝置的通道端口映射寄存器所配置的控制通道及其端口同步采集離散量接口輸入的信息。而進(jìn)行離散量輸出控制時(shí)，可通過(guò)離散量接口同步控制裝置的通道端口映射寄存器所配置的控制通道及其端口同步進(jìn)行離散量輸出控制操作。如此，不需要同現(xiàn)有的異步控制方式需要次序地采集離散量輸入和離散量輸出控制，采用此同步控制方式可以縮短接口操作時(shí)間，特別適用于對(duì)于具有大量離散量接口的飛參采集設(shè)備和遠(yuǎn)程輸入輸出單元。由上所述可知本發(fā)明采用一種可靈活配置的同步控制方式，依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)配置表的形式，進(jìn)行各路離散量接口的通道和端口映射關(guān)系進(jìn)行配置，避免了傳統(tǒng)的異步控制方式對(duì)設(shè)備安全關(guān)鍵性的影響，并且通過(guò)簡(jiǎn)化接口操作步驟，縮短操作時(shí)間，提升了設(shè)備在任務(wù)關(guān)鍵性方面的性能。并且上述的離散量接口同步控制方式可以在可編程邏輯器件中實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)離散量輸出控制方式的最優(yōu)化，能很好地解決數(shù)字接口控制對(duì)航空電子設(shè)備安全/任務(wù)關(guān)鍵性的影響，并且可以靈活配置可編程邏輯的固件或軟件來(lái)消除系統(tǒng)需求變化帶來(lái)的影響；而固件或軟件可以方便地進(jìn)行配置和管理，大大減少了異步控制方式帶來(lái)的代價(jià)；并最小化離散量輸入接口的狀態(tài)獲取延遲時(shí)間?？梢岳斫獾氖?，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種離散量接口同步控制裝置，其特征在于該離散量接口同步控制裝置包括一組控制通道，并且該控制通道具有多個(gè)端口，另外該離散量接口同步控制裝置還包括一通道端口映射寄存器，該通道端口映射寄存器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各離散量接口到控制通道及其端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系為每一離散量接口配置對(duì)應(yīng)的控制通道與其端口。
2.按權(quán)利要求1所述的離散量接口同步控制裝置，其特征在于:預(yù)先設(shè)定的各離散量接口到控制通道及其端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系可依據(jù)系統(tǒng)配置管理的要求，在某個(gè)控制通道故障時(shí)實(shí)時(shí)更改通道映射關(guān)系。
3.按權(quán)利要求1所述的離散量接口同步控制裝置，其特征在于:離散量接口同步控制裝置通過(guò)一可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。
4.按權(quán)利要求1所述的離散量接口同步控制裝置，其特征在于:上述的離散量接口共有64路，控制通道有4個(gè)，并且該控制通道為16位寬，通道、端口配置表有6位數(shù)據(jù)為離散量接口指示對(duì)應(yīng)的通道及端口，其中4個(gè)控制通道要求離散量接口的通道配置位為2位，控制通道的16位寬度要求離散量接口的端口配置位為4位。
5.一種利用權(quán)利要示I所述的離散量接口同步控制裝置進(jìn)行離散量采集的方法，其特征在于:該方法通過(guò)離散量接口同步控制裝置的通道端口映射寄存器所配置的控制通道及其端口同步采集離散量接口輸入的信息。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:預(yù)先設(shè)定的各離散量接口到控制通道及其端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系可依據(jù)系統(tǒng)配置管理的要求，在某個(gè)控制通道故障時(shí)實(shí)時(shí)更改通道映射關(guān)系O
7.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:該方法通過(guò)一可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。
8.一種利用權(quán)利要示I所述的離散量接口同步控制裝置進(jìn)行離散量輸出控制的方法，其特征在于:該方法通過(guò)離散量接口同步控制裝置的通道端口映射寄存器所配置的控制通道及其端口同步進(jìn)行離散量輸出控制操作。
9.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:預(yù)先設(shè)定的各離散量接口到控制通道及其端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系可依據(jù)系統(tǒng)配置管理的要求，在某個(gè)控制通道故障時(shí)實(shí)時(shí)更改通道映射關(guān)系O
10.按權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:該方法通過(guò)一可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
一種離散量接口同步控制裝置，包括一組控制通道，并且該控制通道具有多個(gè)端口，另外該離散量接口同步控制裝置還包括一通道端口映射寄存器，該通道端口映射寄存器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各離散量接口到控制通道及其端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系為每一離散量接口配置對(duì)應(yīng)的控制通道與其端口，避免了傳統(tǒng)的異步控制方式對(duì)設(shè)備安全關(guān)鍵性的影響，并且通過(guò)簡(jiǎn)化接口操作步驟，縮短操作時(shí)間。
文檔編號(hào)G06F13/38GK103092797SQ201210540398
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者任齊鳳 申請(qǐng)人:中國(guó)航空無(wú)線電電子研究所