多处理器协同通信系统设计

石磊

（南京模拟技术研究所，江苏 南京 210016）

0 引言

无人直升机具有垂直起降、定点悬停、灵活机动等优点。近年来，由于无人机技术的发展和需求的不断扩大，无人直升机作为现代无人机的重要成员，受到了世界各国军方的高度重视[1-3]。

无人直升机系统包括机载系统和地面综合保障系统。地面综合保障系统是保证无人机迅速、安全、可靠地发射、回收和完成各种战术功能的关键系统。地面综合保障系统的性能，直接关系到无人机效能是否能充分发挥。地面综合保障系统包括地面控制系统、地面显示系统和地面通信系统。在整个无人直升机电气系统工作中，地面控制系统发送的各种控制指令，如内控、外控、任务等，都需要通过地面通信系统，然后经链路将数据发送到机载系统；而机载系统则需要将飞机的姿态、位置等信息发送到地面后，经地面通信系统处理后显示，具体如图1所示[4]。

地面通信系统作为地面保障系统的重要组成部分，其通信的可靠性直接影响地面保障系统功能的发挥，严重的还有可能影响到飞机的飞行安全。因此，为提高地面通信系统的可靠性、安全性，保证地面系统功能的有效发挥和飞机飞行安全，本文针对地面通信系统既需处理内控、外控、任务、航迹等地面信息，又需要处理飞机下传的遥测数据，设计了一款基于多处理器的地面协同通信系统。该系统由一个主处理器和四个从处理器组成，主处理器完成由从处理器发送的数据，并将其打包上传，同时接收由空中下传的遥测信息，从处理器分别处理内控、外控、任务、航迹等设备的信息，并将其发送给主处理器。各处理器之间通过协同工作的方式，共同完成地面系统的通信工作[5]。

图1 无人直升机电气系统Fig.1 Electrical system of unmanned helicopter

2 多处理器协同通信系统设计

针对地面通信系统需要处理内控、外控、任务、航迹等设备和任务的情况，本文设计的多处理器通信系统如图2所示。系统由一个主处理器和四个分处理器组成，分处理分别处理内控、外控、任务和航迹信息。主处理用于协调分处理的工作，同时将分处理器发送过来的信息进行打包上传至飞机，并将分处理器的信息和接收到的飞机的状态发送至地面显示系统。

图2 多处理器协同通信系统Fig.2 Multiprocessor cooperative communication system

这个系统的难点在于，分处理器不能实时主动的向主处理器发送接收到的信息，只能通过主处理器主动查询的方法依次去接收各分处理器的信息，所以如何保证处理器之间的协调通信，成为了设计的关键。为了保证并口通信的正确性，本系统采用3个握手通信信号标志位来确保主处理与分处理器之间的协同通信。

图3 主处理器与分处理器的通信方式Fig.3 Communication mode between main processor and sub-processor

对于分处理器来说，当其串口接收到正确有效且完整的数据时，会给主处理器一个标志信号A；当其接收到主处理器返回的信号B（置位）时，就向主处理器发送一个字节的信息；当分处理器收到的信息全部发给主处理器后会将原先发送给主处理器的信号A复位；当分处理器收到主处理器发来B信号复位信号后，分处理器就停止向主处理器发送信息并将其并口置位。对主处理器来说，当其接收到分处理器发来的握手信号A时，即会返回分处理器一个握手信号B和C，并开始读取分处理器发来的信号；当一个字节信息读取完毕后，反馈分处理器发送C的取反信号；当其接收到分处理器发来的信号A复位时，即反馈会分处理器发送信号B的复位信号，具体见图3所示。此时，一个分处理器和主处理器之间的通信完成，主处理器即会转到下一分处理器以相同的方式读取信息。以此类推，循环进行[6]。

根据主处理与分处理器的通信关系，编写相应的软件，图4和图5为其对应的流程图。

图4 主系统程序流程图Fig.4 Flow chart of main system program

图5 分系统程序流程图Fig.5 Flow chart of subsystem program

这种协同通信的好处在于，主处理器处于主导的地位，而各分处理器处于配合的地位，整个通信系统，就是一个通信环，而主处理器就是通信环路上的运载器，分处理是通信环路上的节点，主处理每通过一个节点查询一次，有数据就接收，没有数据，则去往下一个节点。在整个通信系统中，各分处理器互不干涉，当分处理器接收到指令时，先放置在自身的处理器内部，只有主处理器进过时，才将数据上传。各处理器协调工作，互不干涉[7]。

3 实验验证

该开发产品目前用于我所Z-5无人直升机上，从08年之今已有10年之久，外控、内控及任务参与空中飞行时间＞5000h，期间无任何故障出现，在实践中得到了充分的验证并通过了项目组的验证。

4 结论

鉴于地面通信系统在无人机地面系统中的重要作用，本文根据针对无人直升机地面通信系统的需要，设计了基于多处理器的协同通信系统，该系统具有五个处理器，各处理器之间协同工作，各分系统处理用于实时处理内控、外控、任务、航迹规划等多个设备的数据，主处理器则用于读取分处理器的信息，然后将接收的数据上传，保证了地面设备的有序工作，实际使用结果验证了该系统的可靠性和有效性[8]。