基于双DSP 的飞控软件设计

汪慧敏，王明惠

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009)

随着飞行器技术的发展，对飞行控制软件(以下简称飞控软件)提出更高的要求，不仅要求解算速度快，且处理的控制算法也越来越复杂，使得计算量变大，占用了大量的时间，造成飞控软件机时紧张，不满足时间余量20%的要求［1］。一个DSP 的计算控制能力已经不能满足型号研制需求，综合考虑多种方案，就技术的成熟性、可行性及型号研制周期考虑，在计算机的计算能力没有足够裕量的条件下采用双DSP方案，即采用2 块DSP 芯片。双DSP 系统的优点在于可以通过计算能力的均匀分布，使系统具有较好的冗余能力、更快的处理速度、模块化的体系结构［2］。

1 方案设计

双DSP 方案选用型号研制中已经成熟应用的DSP 作为处理器，采用主从式设计结构［3］。主从DSP 协调配合，共同完成软件功能。该方案DSP 选型相同，相对原来的设计改动比较小，硬件设计和操作系统设计相似，大部分可继承原来的设计，既缩短了研制时间，又减少了研制风险。

1.1 硬件设计

双DSP 方案硬件上主要增加了1 个DSP 以及2 个DSP通讯用的双口RAM［4］，2 个DSP 之间采用GPIO (通用IO)接口作为同步信号。主DSP 与外围接口通讯，从DSP 通过双口RAM 与主DSP 通讯，交换数据。主DSP 处理飞控计算机外部的中断，中断可分为定时触发的中断(INT0 中断以及INT1 中断)以及非定时触发的中断(INT2 中断等)。从DSP响应INT0 中断以及INT1 中断，由主DSP 向从DSP 发送信号，通知从DSP，使从DSP 响应中断，与主DSP 同步处理数据。从DSP 中断控制是由主DSP 通过软件实现的，灵活性强。

1.2 软件设计

基于双DSP 设计，就要对主从DSP 上运行的飞控软件进行合理的任务分配。综合考虑机时余量、通讯、可靠性等，根据软件的结构特点和各模块软件运行时间进行分析，稳定算法运行时间较长，约占整个软件运行机时的40%，且稳定算法相对独立，只在自主段执行，和其它模块交互的信息相对单一。因此把稳定算法放在从DSP 上实现。

1)主DSP 完成工作

a)设置并产生(输出)从DSP 的中断(INT0，INT1(暂时不用));

b)与从DSP 进行信息交换;

c)与所有硬件及接口的信息交换工作;

d)飞控软件时序调度。

2)从DSP 完成工作

a)响应INT0、INT1 中断;

b)飞控稳定算法计算工作;

c) 与主DSP 进行信息交换。

1.3 工程设计

为了防止程序烧写错误，飞控软件主从DSP 上运行的为同一工程，所有存储区影射完全相同。依据主从DSP 标志(主DSP 上运行ProgFlag=1 的分支，从DSP 上运行ProgFlag=0 的分支)运行同一工程不同的程序分支。

1.4 飞控软件处理流程

飞控软件处理流程见图1。

1.5 从DSP 中断的产生

从DSP 的中断的产生是由主DSP 控制的，为了尽量避免稳定算法利用的角速度(从导航算法来)的延迟，当主DSP导航模块计算出角增量后，向从DSP 发出中断使能信号，从DSP 产生中断。导航模块处理流程见图2。

2 仿真验证

针对当前的飞控软件版本，根据双DSP 飞控软件设计方案，形成了双DSP 下的飞控软件。软件代码经走查分析［5］确认无误后，在双DSP 样机上，利用飞控软件实时仿真系统进行了系统仿真验证。

2.1 飞控软件实时动态仿真系统

软件实时动态仿真系统［6］采用基于嵌入式软件半实物仿真的思想进行开发。该系统采用真实的飞控计算机作为飞控软件运行的载体，用软件模拟飞控系统发挥功能所需要的外部模型，用硬件接口板和实时操作系统实现两者间的高速实时通信，用硬件中断源驱动软件和模型的运行，建立了一个实时动态的飞控软件运行环境，较为真实地模拟出飞控软件的运行环境。

图1 飞控软件处理流程

图2 导航模块处理流程

2.2 算法功能验证

根据软件仿真大纲规定的仿真条件，对同一技术状态的单DSP 和双DSP 方案的软件进行仿真，将各条件仿真结果进行对比，关键参数一致。另外对关键参数仿真曲线进行对比，见图3 和图4。图3、4 中实线INY_s、INZ_s 分别为Y、Z向控制指令单DSP 仿真曲线，虚线INY_t、INZ_t 分别为Y、Z向控制指令双DSP 仿真曲线，从图3、4 中可以看出曲线吻合较好，说明双DSP 方案飞控软件正确实现算法功能。

图3 Y 向控制指令

图4 Z 向控制指令

2.3 机时验证

实行双DSP 方案后，计算机的处理能力提高了一倍。根据现阶段软件模块工作时间计算，分配到两个DSP 后，主从DSP 机时均至少留有40%的余量。

3 结束语

采用双DSP 方案设计，计算机的处理能力大大提高。且双DSP 方案硬件设计改动小，软件设计继承性强，因此研制周期短，研制风险低。该项目可以供研制周期短，研制经费紧张的项目借鉴或使用，提供了多DSP 数据处理器并行控制的可行性。

［1］张文山，罗生.嵌入式系统软件实现常见问题分析［J］.航空兵器，2007（6）:47-49.

［2］戈和伟，田高礼.双余度DSP 数据采集装置在某型控制器中的应用［J］.物联网技术，2012（11）:42-46.

［3］宋健，李树广. 基于双DSP 的数据采集控制系统设计［J］.测控技术，2010，29（3）:31-33.

［4］秦鸿刚，刘京科，吴迪.基于FPGA 的双口RAM 实现及应用［J］.电子设计工程，2010，18（2）:72-74.

［5］宋龙，张文山，靳凌.空空导弹弹载制导控制系统软件的关键技术研究［J］.航空兵器，2004（2）:19-22.

［6］王明惠，刘增明，吕梅柏.一种基于DSP 目标板的嵌入式软件仿真系统设计［J］.航空兵器，2011（1）:52-55.

［7］董成基，齐杏林，吕静，等.飞行控制软件测试用例生成技术［J］.兵工自动化，2012（9）:93-96.