一种车载公用系统管控设备的设计

潘庭发 赵柏程

摘 要：本文设计的集中管控设备结构形式为标准机柜上架式，高度为1U，后面板出线，设备所有器件满足100%国产化要求;系统平台采用国产银河麒麟操作系统，集中管控软件为B/S架构，满足国产化、跨平台的需求和发展趋势。集中管控软件以嵌入式Web服务器软件形式装载在集中管控设备的主电路板上，所有管控操作均可在操作终端或任务系统的计算机上通过网络浏览器进行访问完成操作。

关键词：公用系统、国产化、跨平台、集中管控

1.引言

随着电子信息技术的快速发展和部队等用户对装备智能化需求的提高，通信指挥车的应用越来越广泛，功能越来越复杂，传统通信指挥车各设备独立连接集成、分散使用操作，存在操作繁杂、效率低下、可维护维修性差、智能化信息化程度差等诸多问题，如何充分发挥装备效能一直是困扰装备用户的难题。同时，受国际芯片等行业发展趋势、国家安全保密要求等大形势影响，装备完全国产化的需求越来越迫切。

本文基于以上问题提出的一种解决方案，为部队等用户设计基于智能控制技术的完全国产化的车载公用系统集中管控设备，减少车辆平台公用系统开通、撤收的时间，提升系统智能化、自动化操作程度，以满足部队等用户快速工作部署及作战训练需求。

2.设计目标

集中管控设备采用19英寸标准机架式结构，后面板出线形式，整机功耗小于10W，整体重量小于6kg，环境适应性、电磁兼容性、可靠性指标满足相关国军标要求，电子元器件完全国产化，支持国产操作系统、满足跨平台操作要求，主要器件性能具备领域内主流处理能力，外部接口以CAN和以太网为主，预留RS232、RS485接口，具备通信指示、维护接口功能。

3.应用框图

集中管控设备典型应用如下：

4.硬件设计

硬件主要由箱体、连接器、通信主板等组成。

4.1.箱体设计

箱体形式为19英寸标准上架式结构，高度1U，屏蔽性能满足国军标GJB151B-2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》中相关试验项目的要求，环境适应性满足GJB150中高低温、振动、冲击、湿热等相关要求。箱体外形图示如下：

4.2.连接器选型

受限于箱体高度，面板上可用于安装连接器的空间较小，所以选择F系列推拉式高密度小圆型连接器，该系列电连接器基于GJB9167-2017标准中F系列要求研制，主要用于电子设备中低频信号传输，具有快速插拔、体积小、抗冲击、防震动、高屏蔽性能、耐恶劣环境、密封性好、使用寿命长、操作方便等特点。产品广泛应用于军、民领域的机械装备、电台设备、检测设备、医疗器械、工业设备、试验室设备、船舶重工、伺服电机、数据传输和通讯系统、音视频传输、电源与信号、通信、电力、高铁、汽车灯场合的交、直流电路的电气连接。

4.3.通信主板设计

通信主板的实现形式采用核心板+底板的方式实现，核心板选择成熟模块，底板根据集中管控设备的接口需求自行研发。目前，国内主流的处理器有龙芯、飞腾、瑞芯微、兆芯、申威、海思等品牌，不少品牌都有系列化的核心板，经过选型比对，选择龙芯2K1000作为核心板。

4.3.1.龙芯2K1000

龙芯2K1000核心板的性能参数如下：

4.3.2.底板设计

根据集中管控设备的接口需求和性能要求，底板的对外接口包括以太网口、CAN口、RS485/RS232口，对外接口充分考虑电磁兼容性、可靠性等设计。主要接口电路设计如下：

（1）以太网接口电路

本设计选用苏州裕太车通的千兆工业级PHY芯片YT8511H，该公司是一家具有完全自主知识产权的以太网PHY芯片供应商，主要服务有通信领域包括数通、安防、车载、工业和特种行业，是国内唯一一家以太网PHY芯片公司，主要产品以太网PHY芯片应用于汽车、消费、工业等行业。YT8511H是三速10/100/1000BASE-T千兆以太网物理层收发器，其设计完全符合RGMII接口规范，从而与标准的以太网访问控制器（MAC）和交换控制器兼容。以太网接口主要电路原理图如下：

（2）CAN接口

CAN接口电路的主要芯片为周立功公司的ZLG_SC1300S CAN接口芯片，其符合ISO11898-2标准，具有未上电节点不影响总线、单网络最多可连接110个节点、外壳及灌封材料符合UL94 V-0标准、具有极低电磁辐射和高的抗电磁干扰性、高低温特性好等特点，性能满足工业级产品要求。

（3）RS485/RS232接口

RS485/RS232接口的主要芯片选择思瑞浦的TPT3232E，该芯片符合TIA/EIA-232-F以及ITU V.28标准，通信稳定、波形无异常点，外部电路拓扑简单，通常是国产要求高的情况下的首选芯片。

5.软件设计

5.1.系统软件选择

5.1.1.麒麟操作系统

银河麒麟v10是一款面向桌面應用的图形化桌面操作系统，由国防科技大学、中软公司、联想公司、浪潮集团和民族恒星公司合作研制的，具有高安全、跨平台、中文化等特点，银河麒麟操作系统是目前我国通过认证的安全等级最高的操作系统，具有强大的中文处理能力，目前已广泛应用于军工、政府、金融、电力、教育、大型企业等众多领域。

（1）高安全

首家通过公安部计算机信息系统安全产品质量监督检查中心第四级结构化保护级检测和中国人民解放军信息安全测评中心军用B+级安全认证，是目前国内安全等级最高的操作系统。

符合《GB/T 20272-2006 信息安全技术 操作系统安全技术要求》第四级结构化保护级的要求，是目前我国通过认证的安全等级最高的操作系统。已广泛应用于军工、政府、金融、电力、教育、大型企业等众多领域，为我国的信息化建设保驾护航。

（2）跨平台

符合POSIX系列标准，并兼容Linux目标代码，Linux平台上的大型应用如图形环境、Oracle数据库服务等都可以直接运行在麒麟安全操作系统平台上，有力拓展了应用面。

（3）中文化

严格遵从国家标准GB18030-2000《信息交换用汉字编码字符集基本集的扩充》，达到 GB18030-2000 检测规范的最高级别“A+”级产品标准，具有强大的中文处理能力。提供了符合国家相关标准的中文字体，支持符合GB18030标准的打印系统，具有直接使用中文TrueType字库进行打印的功能。

5.1.2.Web服务器软件

嵌入式Web服务器是嵌入式设备中实现的小型web服务器，对硬件要求较低，可以通过Internet网络为用户提供服务。是总控制系统的核心控制组件，是与外部网络通信的桥梁。本系统的服务器拟采用Boa服务器。Boa服务器是一个体积小巧的 Web服务器，最终可执行代码在60KiB左右，Boa服务器支持CGI，能够为CGI程序fork出一个进程来执行。CGI是用户界面动态加载设备状态信息的关键。这些特点特别适合于系统资源比较少的嵌入式系统，并且它的响应速度比常规的服务器要快很多。

CGI（Common Gateway Interface）公共网关接口程序是运行在服务器上的外部程序与Web服务器之间的接口标准，是Web服务器与外部通信的关键。主要实现HTML文档与服务器应用程序之间传递信息。当Web服务器和客户端之间建立起TCP/IP连接之后，用户通过浏览器向Web服务器发出一个含有可执行应用程序的HTTP请求，Web服务器接收到客户端的请求后，运行指定的应用程序读取与请求相关的信息，从而获取请求中所含的数据;Web服务器将这些数据传递给指定的CGI程序，并运行该程序;CGI程序运行结束，生成HTML页面，再由Web服务器将HTML页面回送给客户端;最后由客户端浏览器解释HTML页面。

5.2.应用软件设计

（1）软件界面设计

界面设计以可视化界面为主，通过把复雜、抽象、专业的数据图表的属性和变量，进行直观、动态或是通俗易懂的视觉化设计展示出来。目的是为用户进行监控预警、提示风险、下发指令时，做出相关决策提供依据。软件界面的设计风格如下：

（2）CAN通信协议设计

统一各个设备的通信协议规则，有利于软件的整体规划和减少研发工作量、提高软件可靠性和调试难度。

要求符合CAN2.0A/B 协议和ISO11898规范，CAN总线数据帧统一采用扩展帧，即29位帧ID。传输速率为250kbps，采样点设置为80%，3次采样。数据发送格式为遵从小端字节序，多字节字段时，低字节先发送，高字节后发送。

CAN数据帧包含一个单一的协议数据单元（PDU）。协议数据单元有五部分组成：分别是分包标识、目标地址、源地址、主题号和数据域，表1为协议帧格式定义。PDU被封装在一个或多个CAN数据帧中，通过物理介质传送到网络设备。每个CAN数据帧只能有一个PDU。

注1：帧信息中：FF=0为标准帧，FF=1为扩展帧;RTR=0为数据帧，RTR=1为远程帧;DLC为数据长度。

注2：DF是分包标识，字节2（高三位默认是0）为00-单包，多包时01H-首包，02H～1EH中间包，1FH-结束包;DA是目标地址;SA是源地址;PF是主题号，字节5为14H-控制，24H-反馈，34-查询。目标地址（DA）和源地址（SA）各占8位，总共可以定义255个节点（设备）地址。

6.结束语

本文针对各种通信车辆车载公用系统的集中管控进行研究，设计一款公用系统集中管控设备，其在软硬件的选型及设计方面，着重考虑电子元器件100%国产化、软件跨平台的应用需求，结合装车布线的实际情况进行结构设计，满足用户对装备智能化、信息化的需求。

参考文献

[1]来清民 编著 《手把手教你学CAN总线》.北京航空航天大学出版社 2019.03

[2]吴林印等 《基于通信车载平台的可视化集中控制系统的设计》广东通信技术 2021.01

[3]丛爽 编著 《智能控制系统及其应用》 中国科大出版社 2021.08