基于PC104总线的导弹阵地检测系统研究＊

闫淑群，母勇民，罗宇辉，黎玉刚，袁国钢

（中国兵器工业第203研究所，西安 710065）

0 引言

导弹阵地测试是通过箱装导弹的对外接口对导弹加电、模拟导弹的发射过程，记录导弹模拟发射中的相关信号并进行分析，判断导弹现场状态是否正常。导弹阵地测试是确保导弹正常使用的重要手段，作为导弹飞行过程中的重要环节，导弹阵地测试非常重要。针对导弹项目，根据导弹保障装备需求，基于PC104总线嵌入式系统结构，并利用Microsoft Windows CE为系统平台，Embedded Visual C＋＋为开发工具［1－2］，设计了导弹阵地检测系统，该测试仪能够对导弹多路多种信号并发采集，满足实时性要求，并保证了导弹测试时的安全。

1 测试系统的基本原理

导弹阵地测试的目的是检查导弹在经过长途运输或长期存贮后，其制导控制系统部件的工作状态，帮助判断导弹是否可以继续使用。导弹阵地检测系统的基本原理如图1所示。导弹阵地检测系统使用外部直流电源进行工作，该电源输出电压（＋26±4）V，额定功率大于等于500W。导弹阵地检测系统通过光电混装电缆和CAN总线（1）接收弹上计算机的数据信号，CAN总线（2）和地面光纤组件通讯。RS422串行接口（1）接收弹载计算机发给遥测装置的测试信息，RS422串行接口（2）接收弹载计算机通过光纤发给地面光纤组件的测试信息。综合接口板用于部分信号的生成、调理和转接。接口转换电路主要由继电器组以及相应的驱动芯片组成。在自检过程中，接收主控系统的指令，接口转换电路输出26V，则驱动控制继电器吸合，给导弹上电，否则继电器断开，控制被测对象断电。接口转换电路并完成各通讯端口的交联和切换。同步信号生成电路将生成的方波信号通过转换为差分形式提供给地面光纤组件。模拟信号调理电路将超过A／D板采集的信号调理到采集范围以内。

2 系统硬件总体设计

图1 导弹阵地检测系统原理框图

PC104总线是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，具有低成本、高可靠性、系统组建方便等优点。基于PC104总线的硬件模块具有超小尺寸、超低功耗、宽温特性、功能强大、扩展方便等诸多优点，因此以PC104技术为基础的军用测试设备具有便携方便、适应战场的特点，在军用测试领域得到广泛应用。

导弹阵地检测系统由主控单元、综合接口板、人机接口、地面光纤组件、机箱及附件组成，如图2所示。导弹阵地检测系统的测试对象为导弹，导弹被测信号主要为模拟量信号、同步信号、串口数据信号、CAN数据信号。

图2 导弹阵地检测系统硬件组成

考虑到系统的工作温度要求及可靠性、稳定性方面的性能等其它因素，控制通讯系统采用PC104总线，选用以下PC104总线模块：

1）LX 3072-X高性能CPU模块，为测试系统主控计算机，采用AMD GeodeLX 800CPU与PC／AT标准完全兼容。一个TYPEⅡ型CF卡插槽。

2）ADT700A高性能数据采集与控制系统，可采集单端16路／差分8路输入模拟量、精度12位，200kHz最大采样率，四路D／A，1024个数据深度的FIFO，带24路DI／O。

3）MSP -4S为4串口I／O采集卡，4个16C550兼容16byteFIFO串口；RS232、RS422、RS485可选；波特率最高可达921.6Kbit／s。

4）A3-CSD提供2个光电隔离的非智能CAN接口，1个8255兼容I／O口。在系统中它用于CAN Bus信号测试。

图3 信号调理电路

主控系统主要包括CPU模块和所有功能模块，CPU模块调度上述各功能模块运行，完成导弹被测信号的采集、接收及分析。综合接口板用于部分信号的生成、调理和转接。综合接口板包括以下组成部分：同步信号生成电路、模拟信号调理电路和接口转换电路。同步信号生成电路主要由简易单片机系统构成。系统上电后，由89C51单片机生成50Hz、占空比为5%的方波信号。再通过MAX488芯片将该信号转换为差分形式，提供给地面光纤组件。模拟信号调理电路主要由放大器芯片LM124组成，信号采集电路采用差分放大电路，将信号的共模干扰减少到最低，同时该电路具有极高的输入阻抗，如图3所示。完成对模拟信号的调理，将超过A／D板采集范围的电压信号26V调理到采集范围内；同时，对模拟信号进行隔离，确保测试板卡不对被测对象产生影响。输入电压和输出电压关系表示为：

接口转换电路主要由继电器组以及相应的驱动芯片组成。在自检过程中，接收主控系统的I／O指令，完成各通讯端口的交联和切换。同时控制被测对象的上电和断电。总线信号及RS422采集模块已内置了专用隔离电路，采集的模拟信号通过隔离电路进行隔离处理，测试系统和被测对象间避免了相互干扰。

3 系统软件总体设计

导弹阵地检测系统软件主要包括操作系统、硬件驱动和应用程序三部分构成，具体架构及组成如图4所示。

图4 导弹阵地检测系统软件架构

3.1 操作系统

考虑到系统的实时性要求以及开发的难度，导弹阵地检测系统的操作系统选用了Windows CE 5.0。Windows CE拥有多线程、多任务、实时、完全抢先式优先级的操作系统环境，专门面向有限资源的硬件系统。Windows CE是一个实时操作系统，可以满足应用程序所需要的实时性要求，其实时性支持嵌套的中断，这可以让高优先级的中断立即被响应，而不需要等待低优先级的中断服务例程［3］。Windows CE面向只有有限资源的硬件系统，它不需要标准硬件，它提供了一个操作系统所能提供的最大柔性，并具有紧凑高效可伸缩的特性［4］。

3.2 应用程序

导弹阵地检测系统应用程序采用面向对象的WinCE程序可视化开发工具EVC进行开发，拥有简洁、友好的主界面，如图5所示。导弹阵地检测系统的功能包括自检（供电电源检测，RS422通讯自检，CAN总线通讯自检）、检测导弹存在信号、导弹上电（分别控制3路电源按时序上电，保证导弹各部件正常工作）、设置导弹测试状态、与导弹通讯（通过CAN总线和RS422串口对导弹发送各类信息、指令等数据，并接收各类数据）、判断导弹现场状态（按照流程对导弹返回的所有信息和响应时间进行判断）、数据保存、显示功能。导弹阵地检测系统主程序流程如图6所示。

导弹阵地检测系统的基本配置项包括主控类、系统类、人机界面类、模拟量类、CAN类、串口类、监控类、数据处理类、计量类等8个模块。

3.3 多线程程序设计

导弹阵地检测系统的软件系统是一个多任务系统，且对实时性要求很高。多线程技术应用于软件系统可以满足测试的实时性要求，提高测试的效率。软件设计时，利用WinCE操作系统多线程的特点将不同的任务分布到各个线程中，使各个任务同步而协调的进行。主线程为用户界面接口线程，主要负责人机交互和对辅助线程的调度。分别创建3个辅助线程分别实现后台3个数据采集任务，包括在进行导弹检测时导弹阵地检测系统需要对查询有无弹和导弹上电的模拟量采集；在进行系统计量时需要对各路模拟量采集；在进行自检时需要对三路电源和同步信号采集。

为了满足系统的实时性要求及提高整个系统的运行效率，考虑到动作时间必须在毫秒以内完成动作，而且时间精度要求很高，操作系统的多媒体时钟精度不够高，不能满足要求。软件设计在设计过程中采用多线程技术并配合采集板卡上的硬件时钟，实现毫秒时间内的精确数据采集、计算和存储，解决了多路多种信号并行数据采集、存储、实时显示的问题。

图6 导弹阵地检测系统主程序流程

针对系统的实时性，采用中断方式进行突发事件的管理，以提高系统性能。通过试验验证，按导弹阵地检测系统设计工作负荷使所搭建的硬件系统平台满负荷运行，对系统实时性要求最高的加载时标功能，其绝对时间误差不超过毫秒级，已能够满足系统设计的要求。

4 结束语

基于PC104总线技术和Embedded Visual C＋＋开发平台研制的导弹阵地检测系统，利用了这两项技术的优点，提高了导弹测试的准确性、可靠性、稳定性和快捷性。系统模块化、通用化的设计思想，使系统具有较好的稳定性和可扩展性。系统采用的多线程技术和线程同步等关键技术提高了系统的运行效率，满足系统的实时性要求。导弹阵地检测系统为导弹的阵地检测发挥了重要作用，对导弹的作战效能提供了有力支持。

［1］叶宏材.WindowsCE.NET嵌入式工业用控制器及自动控制系统设计［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［2］刘剑锋，牟丽君，杨利斌，等.某型导弹发控信号检测系统的设计［J］.计算机测量与控制，2007，15（8）：1036－1041.

［3］汪兵.EVC高级编程及其应用开发［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.

［4］田东风.WindowsCE应用程序设计［M］.北京：机械工业出版社，2005.