一种可重构机载分布式采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可重构机载分布式采集系统及方法。本发明专利技术通过采用两级模块化设计即系统采用节点的模块化设计，各节点采用板卡的模块化设计，克服了现有技术中存在的记载采集系统扩展性、适应性差的问题，针对新的需求只需重新开发一款新的采集板卡，而对于系统本身不需要改变，减少的开发成本，最大限度地提高了系统的可扩展性和架构灵活性，即具有可重构性。本发明专利技术可广泛应用于各种机载分布式采集系统。

Reconfigurable airborne distributed acquisition system and method

The invention discloses a reconfigurable airborne distributed acquisition system and method. The invention adopts two level modular design system uses the modular design of the node, each node uses the modular design board, overcome the record collection system exists in the prior art, scalability, poor adaptability, according to the new demand to the development of a new acquisition card, while for the system itself no need to change, reduce development costs, maximize the system scalability and flexibility of the framework, which is reconfigurable. The invention can be widely applied to various airborne distributed acquisition systems.

【技术实现步骤摘要】
一种可重构机载分布式采集系统及方法
本专利技术涉及机载分布式数据采集系统及方法，用于采集飞机上多种待测参数。
技术介绍
FPGA:Field－ProgrammableGateArray，现场可重构门阵列。1553B：1553B总线是飞机内部的时分、指令/应答多路传输总线。FC:FibreChannel，光纤通道。随着计算机技术和通信技术的发展，机载数据采集系统已从少量数据的采集、记录发展为大容量、大规模数据的实时采集、传输和记录处理，而数据之间都存某种对应关系，这对数据采集系统实时性传输能力与多任务管理能力提出了更高的要求。基于试飞测试采集数据种类多、分布广等特点，采用分布式采集系统得到广泛的共识。当前国内的专用机载数据采集设备，针对性比较强，对新需求扩展性不强，对不同需求适应性差，不能完全满足当前试飞测试的需求。另外也有一些基于嵌入式的分布式系统在研究，虽然设计比较简单，但存在采集的同步性差、总线数据容量小等问题，不能满足快速发展的机载测试要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种可扩展性强的机载分布式采集系统及方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种可重构机载分布式采集系统，包括主节点和多个子节点，所述主节点包括主控板和若干块通信转换板，所述通信转换板均与主控板连接；所述子节点包括通信编码板和若干块功能板，所述功能板均与通信编码板连接，所述功能板为采集板、存储板或通信转换板；所述子节点的通信编码板与主节点或上一级子节点的通信转换板连接。优选的，所述主节点和多个子节点均设置在飞机上的不同位置，所述通信转换板为光电转换板，所述光电转换板与通信编码板通过光纤连接。优选的，所述主节点还包括时码板，所述时码板与主控板连接，所述时码板用于为主控板提供系统时间信息和秒脉冲。优选的，所述子节点还包括存储板，所述存储板与通信编码板连接；所述子节点还包括通信转换板，所述子节点的通信转换板与下一级子节点的通信编码板连接；所述采集板包括DI采集板、ADI采集板、视频采集板、1553B采集板、422采集板和以太网采集板中的一种或多种采集板。优选的，所述系统还包括配置计算机，所述配置计算机通过千兆以太网与主控板连接。优选的，所述主控板和通信编码板均采用FPGA实现数据的转发和处理。优选的，所述系统用于完成链路延时测试步骤：主节点的主控板发送链路测试指令，待测试子节点的通信编码板接收到该指令后立即进行回复，主控板通过测试发送指令到接收指令的时间差Δt和子节点的反应时间Δt1，计算出该子节点实际的链路延时，其中，链路延时t=(Δt-Δt1)/2。优选的，所述系统还用于完成节点时间同步步骤：主节点的主控板每秒对子节点的通信编码板进行一次授时，各子节点根据接收授时命令及链路延时，修正本子节点的时间。一种可重构机载分布式采集方法，其应用于一种可重构机载分布式采集系统，所述方法包括链路延时测试步骤：主节点的主控板发送链路测试指令，待测试子节点的通信编码板接收到该指令后立即进行回复，主控板通过测试发送指令到接收指令的时间差Δt和子节点的反应时间Δt1，计算出该子节点实际的链路延时，其中，链路延时t=(Δt-Δt1)/2。优选的，所述方法还包括节点时间同步步骤：主节点的主控板每秒对子节点的通信编码板进行一次授时，各子节点根据接收授时命令及链路延时，修正本子节点的时间。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采用两级模块化设计即系统采用节点的模块化设计，各节点采用板卡的模块化设计，克服了现有技术中存在的记载采集系统扩展性、适应性差的问题，针对新的需求只需重新开发一款新的采集板卡，而对于系统本身不需要改变，减少的开发成本，最大限度地提高了系统的可扩展性和架构灵活性，即具有可重构性。另外，本专利技术还通过采用FPGA作为核心处理器件，由于FPGA并行实时特性，不存在嵌入式系统线程调用的不确定性问题，数据传输的延时误差是确定的，通过对系统各节点传输延时测量修正，可保证系统同步采集的精度。各节点之间通过光纤传输数据，保障了数据远距离高速传输的可靠性和稳定性。通过系统上电测量各子节点的链路延时，并在时间同步时进行修正，以保证系统的同步。本专利技术可广泛应用于各种机载分布式采集系统。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：图1是本专利技术系统第一种实施例的节点拓扑结构示意图；图2是本专利技术系统第二种实施例的电路架构拓扑图；图3是本专利技术系统一种实施例的主控板数据转发功能接口示意图；图4是本专利技术系统一种实施例的通信编码板数据转发功能接口示意图；图5是本专利技术系统一种实施例的光电转换板数据转发功能接口示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。针对现有机载分布式采集系统适应性不强，同步性差的问题，本实施例设计了一种基于FPGA的可重构的机载分布式实时采集系统。利用FPGA实时并行处理的特点，在实现分布式测量功能基础上，提高了采集的同步性。如图1和图2所示，一种可重构机载分布式采集系统，包括主节点1和3个子节点2，主节点1包括主控板11和若干块通信转换板，通信转换板均与主控板11连接；子节点2包括通信编码板21和若干块功能板，所述功能板均与通信编码板21连接，所述功能板为采集板、存储板22或通信转换板；主节点1的主控板11通过通信转换板与各子节点2的通信编码板21连接。主节点1和多个子节点2均设置在飞机上的不同位置，通信转换板为光电转换板12，光电转换板12与通信编码板21通过光纤连接。主节点1还包括时码板13，时码板13与主控板11连接，时码板13用于为主控板11提供系统时间信息和秒脉冲。所述采集板包括DI采集板231（数字信号输入采集板）、ADI采集板232（模拟信号输入采集板）、视频采集板233、1553B采集板234、422采集板235（422串口信号输入采集板）和以太网采集板236中的一种或多种采集板。系统还包括配置计算机3，配置计算机3通过千兆以太网与主控板11连接。主控板11和通信编码板21均采用FPGA实现数据的转发和处理。具体的，机载分布式实时采集系统，其主要包括：配置计算机3，主控板11，通信编码板21，光电转换板12，其它各种功能板卡等组成。配置计算机3根据配置系统的拓扑结构及各功能板卡的配置参数，生成功能板卡的配置文件以及系统工作参数。主控板11是系统的核心板卡，可通过以太网口与配置计算机3相连接，进行系统各种工作参数的配置。工作过程对系统的各功能板卡进行配置，完成各功能板卡采集数据的收集、处理及转发。通信编码板21完成各子节点2数据的收集、处理及转发。光电转换板12具备系统扩展子节点2的功能。本实施例中，机载分布式采集系统采用实时数据通信模式，将分散在飞机不同位置的多个采集节点连接构成一个分布式系统。其中，最小单元是板卡，包括主控板11、通信编码板21及各种功能板卡，功能板卡中除时码板13、光电转换板12、存储板22为非采集类功能板卡外，其他全部是采集类板卡。系统中可工作的最小单元是节点（主节点1和子节点2），每个节点由主控板11/通信编码板21和各种功能板卡组成。节点中主控板11/通信编码板21是节点的基本组成部分即必须存在且位置固定，其他功能板卡可根据实际需要，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重构机载分布式采集系统，其特征在于，包括主节点和多个子节点，所述主节点包括主控板和若干块通信转换板，所述通信转换板均与主控板连接；所述子节点包括通信编码板和若干块功能板，所述功能板均与通信编码板连接，所述功能板为采集板、存储板或通信转换板；所述子节点的通信编码板与主节点或上一级子节点的通信转换板连接。

【技术特征摘要】
1.一种可重构机载分布式采集系统，其特征在于，包括主节点和多个子节点，所述主节点包括主控板和若干块通信转换板，所述通信转换板均与主控板连接；所述子节点包括通信编码板和若干块功能板，所述功能板均与通信编码板连接，所述功能板为采集板、存储板或通信转换板；所述子节点的通信编码板与主节点或上一级子节点的通信转换板连接。2.根据权利要求1所述的一种可重构机载分布式采集系统，其特征在于，所述主节点和多个子节点均设置在飞机上的不同位置，所述通信转换板为光电转换板，所述光电转换板与下一级子节点的通信编码板通过光纤连接。3.根据权利要求2所述的一种可重构机载分布式采集系统，其特征在于，所述主节点还包括时码板，所述时码板与主控板连接，所述时码板用于为主控板提供系统时间信息和秒脉冲。4.根据权利要求3所述的一种可重构机载分布式采集系统，其特征在于，所述采集板包括DI采集板、ADI采集板、视频采集板、1553B采集板、422采集板和以太网采集板中的一种或多种。5.根据权利要求1至4任一项所述的一种可重构机载分布式采集系统，其特征在于，所述系统还包括配置计算机，所述配置计算机通过千兆以太网与主控板连接。6.根据权利要求5所述的一种可重构机载分布式采集系统，其特征在于，所述主控板和通信编码板均采用FPGA实现数据的转发和处理。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：郑锐，王海蛟，阳树和，王立国，
申请(专利权)人：深圳市中航世星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44