CN112068867B - 飞控计算机内多功能板软件在线加载架构及加载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于飞控计算机电子领域,具体涉及一种飞控计算机内多功能板软件在线加载架构及方法,是一种便捷快速、硬件资源占用少的多块功能板软件同时在线升级方法。本发明主要使用各个功能板的FPGA资源,通过在FPGA内设计软件在线升级的控制器实现各个功能板的软件在线升级。
Description
技术领域
本发明属于飞控计算机电子领域,具体涉及一种飞控计算机内多功能板软件在线加载方法,是一种便捷快速、硬件资源占用少的多块功能板软件同时在线升级方法。
背景技术
在飞控***中飞控计算机是***中的核心部件,其功能往往非常复杂,因此在一台飞机计算机内部往往具有多块实现不同功能的电路板。随着飞机试飞或控制律的设计,这些功能板的软件经常需要进行升级和维护,而实现在飞机上在线升级各个功能板软件,是装备可维护性的强制要求。在以往的在线升级方案中,需要针对每个功能板有一路软件升级总线及离散量,但是如果功能板较多,就需要非常多的总线接口及离散量接口,导致飞控计算机对外插头资源占用较多,但是其实这些资源只是在地面软件升级时才使用,正常飞行中不使用,因此造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的:使用最少的硬件资源实现飞控计算机内多功能板的软件在线升级。本发明主要使用各个功能板的FPGA资源,通过在FPGA内设计软件在线升级的控制器实现各个功能板的软件在线升级。
本发明的技术方案:一方面,提供一种飞控计算机内多功能板软件在线加载架构,所述在线加载架构包括:一个计算机升级串口RS422和多个多功能板;多个多功能板通过一个计算机升级串口RS422进行连接;
多功能板设置有串口驱动器、FPGA、与门和CPU;FPGA上设置有软件升级控制器;
串口驱动器上设置有发送端口DO、接收端口RI、接收使能端RE*和发送使能端DE;FPGA设置有发送端FPGA_TX、发送使能端TX_EN、接收端FPGA_RX和LRM_ID接收端;CPU上设置有接收端口CPU_RX、发送端口CPU_TX端口和SOFT_UP状态量接收端;
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量,并连接到串口驱动器的接收使能端RE*和CPU的SOFT_UP状态量接收端;若SOFT_UP状态量无效,则CPU正常执行原来的嵌入式软件程序;若SOFT_UP状态量有效,串口驱动器接收计算机升级串口RS422发送的数据包,并通过接收端口RI发送给FPGA的接收端FPGA_RX,FPGA的软件升级控制器处理后经发送端FPGA_TX发送给CPU的接收端口CPU_RX,CPU根据接收的数据进行升级,同时通过发送端口CPU_TX反馈加载状态给计算机升级串口RS422,以进行升级监控。
进一步地,软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量进行对比,判断是否将接收到的来自接收端口RI的数据转发给CPU。
进一步地,FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE,以控制控制串口驱动器是否向计算机升级串口RS422发送数据。
进一步地,CPU中内嵌有BOOTLOADER程序,该程序在上电检测一次SOFT_UP状态量来判断是否更新CPU中的FLASH程序。
进一步地,离散量LRM_ID包括一个校验位和N-1个数据位,N表示离散量的位数;通过设置离散量LRM_ID的校验位来检测N-1个数据位是否有故障。
进一步地,软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量的N-1个数据位进行对比,判断是否一致。
进一步地,假设FPGA检测离散量LRM_ID的方法为奇校验,则根据N-1个数据位中1的个数来设定校验位:
如果N-1个数据位中1的个数为奇数,则检验位设定为0;
如果N-1个数据位中1的个数为偶数,则检验位设定为1。
另一方面,提供一种飞控计算机内多功能板软件在线加载方法,利用如上所述的在线加载架构,所述在线加载方法包括:
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量;CPU中的BOOTLOADER程序上电检测一次SOFT_UP状态量,判断SOFT_UP状态量是否有效;
若SOFT_UP状态量无效,则CPU正常执行原来的嵌入式软件程序;
若SOFT_UP状态量有效,串口驱动器接收计算机升级串口RS422发送的数据包,并发送给FPGA,FPGA的软件升级控制器判断来自串口驱动器的数据与接收到的离散量LRM_ID是否一致;
若对比不一致,FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE关闭,FPGA不发送数据给CPU;
若对比一致,FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE打开,FPGA发送数据给CPU,CPU将接收的数据更新到FLASH中,实现软件升级;同时,CPU通过串口驱动器反馈加载状态给计算机升级串口RS422,以进行升级监控。
进一步地,地空状态量GSE包括地面状态和空中状态;编程允许状态量ISPL包括编程允许状态和编程禁止状态;
当地空状态量GSE为地面状态且编程允许状态量ISPL为编程允许状态时,SOFT_UP状态量有效。
本发明具有的优点和有益效果:
1、该在线加载方案不受飞控计算机内功能板数量的限制,只需通过设计LRU_ID[1:N]的位数,就可以适用2N-1个功能板的软件在线加载。
2、即使飞控计算机内功能板数量有所增加,但是飞控计算机的对外插头仍然只需6个管脚(发送正端RS422_RX+、发送负端RS422_RX-、接收正端RS422_TX+、接收负端RS422_TX-,地空状态量GSE,编程允许状态量ISPL),因此可以保证飞控计算机的对外接口仍然保持不变。
3、在软件升级时,只需将地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL设置为“地面状态”和“编程允许”状态,然后一次上电,就可以实现多个功能板软件的依次升级,而不需要多次上电来实现。
附图说明
图1为功能板内的软件加载接口图;
图2为飞控计算内的多个功能板软件加载接口图。
具体实施方式
实施例1
一种飞控计算机内多功能板软件在线加载架构及加载方法,该方法使用各个功能板的FPGA资源设计软件在线升级控制器,实现多功能板软件在线升级功能,采取的步骤如下:
步骤一、图2为飞控计算内的多个功能板软件加载接口图,结合图2所示,在线加载架构包括:一个计算机升级串口RS422和多个多功能板;在每个功能板上设置一路计算机升级串口RS422总线,选取带发送和接收使能控制端的串口驱动器,其中发送端口为DO,接收端口为RI,接收使能端为RE*,发送使能端为DE。
步骤二、将每个功能板的软件升级串口连接在一起,使得飞控计算机对外只有一个四线的计算机升级串口RS422,信号分别为发送正端RS422_RX+、发送负端RS422_RX-、接收正端RS422_TX+、接收负端RS422_TX-。
同时将所有功能板的地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL也连接在一起,这样可以使得无论增加多少个功能板,飞控计算机的对外硬件接口只有计算机升级串口RS422和一个GSE,一个ISPL。
步骤三、图1为功能板内的软件加载接口图,结合图1所示,多功能板设置有串口驱动器、FPGA、与门和CPU;FPGA上设置有软件升级控制器;串口驱动器上设置有发送端口DO、接收端口RI、接收使能端RE*和发送使能端DE;FPGA设置有发送端FPGA_TX、发送使能端TX_EN、接收端FPGA_RX和LRM_ID接收端;CPU上设置有接收端口CPU_RX、发送端口CPU_TX端口和SOFT_UP状态量接收端。
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量,并连接到串口驱动器的接收使能端RE*和CPU的SOFT_UP状态量接收端。
步骤四、SOFT_UP状态量由飞控计算机外部的地空状态量GSE离散量和编程允许状态状态量ISPL综合,保证在“地面状态”下并且“编程允许”时,软件升级SOFT_UP状态量才有效。在每个功能板CPU内设计BOOTLOADER启动程序,该程序的工作逻辑为在复位之后先检测软件升级SOFT_UP状态量,并且只检测一次,如果SOFT_UP状态量有效,则BOOTLOADER软件通过CPU_RX接收数据,更新FLASH数据,从而实现软件升级。同时BOOTLOADER软件通过发送端口CPU_TX实时显示软件更新的状态。如果SOFT_UP状态量无效,则处理器正常执行原来的嵌入式软件程序。
步骤五、在FPGA内设计软件升级控制器,该软件升级控制器的发送端FPGA_TX连接CPU的接收端CPU_RX,该软件升级控制器的接收端FPGA_RX连接到串口驱动器的接收端RI,并且用FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE。同时在计算机背板上设置LRM_ID,保证不同的功能板槽位有不同的LRM_ID,将该信号连接到FPGA上。软件升级控制器的功能为接收RI端口的总线数据并进行解析,与当前LRM_ID对比,如果相同,就说明接收到了软件加载指令,则FPGA将串口驱动器RI的数据转发至CPU_RX串口,实现软件升级,同时TX_EN使能,允许该功能板的CPU_TX发送烧写的进度和状态。如果与LRM_ID不同,则不给CPU_RX发送数据,同时TX_EN置为无效,本板不驱动计算机的升级串口RS422。
本实施例中,离散量LRM_ID包括一个校验位和N-1个数据位,N表示离散量的位数;通过设置离散量LRM_ID的校验位来检测N-1个数据位是否有故障。软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量的N-1个数据位进行对比,判断是否一致。
假设FPGA检测离散量LRM_ID的方法为奇校验,则根据N-1个数据位中1的个数来设定校验位:如果N-1个数据位中1的个数为奇数,则检验位设定为0;如果N-1个数据位中1。为偶数,则检验位设定为1。
步骤六、离散量LRM_ID[1:N]位数N的确定方法为设定LRM_ID[1]的1位为校验位,LRM_ID[2:N-1]的N-1位为数据,只要2N-1大于功能板的数量M即可。
步骤七、该在线加载方案的工作逻辑为如果GSE为地面状态,并且ISPL为编程允许状态,则FPGA内的软件升级控制器接收串口驱动器RI端口的总线数据并进行解析,与当前LRM_ID对比,如果相同,就说明接收到了软件加载指令,则FPGA将串口驱动器RI的数据转发至CPU_RX串口,CPU内的BOOTLOADER程序通过CPU_RX串口更新FLASH程序,实现软件升级,同时FPGA将TX_EN使能,允许该功能板的CPU_TX发送烧写的进度和状态。如果与LRM_ID不同,则FPGA不给CPU_RX发送数据,同时TX_EN置为无效,本板不驱动计算机的升级串口。
如果GSE为“空中”状态,或者ISPL为“编程禁止”状态,则SOFT_UP为无效状态,此时串口驱动器的接收使能端RE*无效,FPGA无法收到串口驱动器RI的数据,则CPU_RX无数据,CPU上电后运行原来FLASH中的程序。
Claims (8)
1.一种飞控计算机内多功能板软件在线加载架构,其特征在于,所述在线加载架构包括:一个计算机升级串口RS422和多个多功能板;多个多功能板通过一个计算机升级串口RS422进行连接;
多功能板设置有串口驱动器、FPGA、与门和CPU;FPGA上设置有软件升级控制器;
串口驱动器上设置有发送端口DO、接收端口RI、接收使能端RE*和发送使能端DE;FPGA设置有发送端FPGA_TX、发送使能端TX_EN、接收端FPGA_RX和LRM_ID接收端;CPU上设置有接收端口CPU_RX、发送端口CPU_TX和SOFT_UP状态量接收端;
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量,并连接到串口驱动器的接收使能端RE*和CPU的SOFT_UP状态量接收端;若SOFT_UP状态量无效,则CPU正常执行原来的嵌入式软件程序;若SOFT_UP状态量有效,串口驱动器接收计算机升级串口RS422发送的数据包,并通过接收端口RI发送给FPGA的接收端FPGA_RX,FPGA的软件升级控制器处理后经发送端FPGA_TX发送给CPU的接收端口CPU_RX,CPU根据接收的数据进行升级,同时通过发送端口CPU_TX反馈加载状态给计算机升级串口RS422,以进行升级监控;
其中,软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量进行对比,判断是否将接收到的来自接收端口RI的数据转发给CPU。
2.根据权利要求1所述的多功能板软件在线加载架构,其特征在于,FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE,以控制串口驱动器是否向计算机升级串口RS422发送数据。
3.根据权利要求1所述的多功能板软件在线加载架构,其特征在于,CPU中内嵌有BOOTLOADER程序,该程序在上电检测一次SOFT_UP状态量来判断是否更新CPU中的FLASH程序。
4.根据权利要求1所述的多功能板软件在线加载架构,其特征在于,离散量LRM_ID包括一个校验位和N-1个数据位,N表示离散量的位数;通过设置离散量LRM_ID的校验位来检测N-1个数据位是否有故障。
5.根据权利要求4所述的多功能板软件在线加载架构,其特征在于,软件升级控制器对接收到的来自接收端口RI的数据与接收到的来自LRM_ID接收端的离散量的N-1个数据位进行对比,判断是否一致。
6.根据权利要求4所述的多功能板软件在线加载架构,其特征在于,假设FPGA检测离散量LRM_ID的方法为奇校验,则根据N-1个数据位中1的个数来设定校验位:
如果N-1个数据位中1的个数为奇数,则检验位设定为0;
如果N-1个数据位中1的个数为偶数,则检验位设定为1。
7.一种飞控计算机内多功能板软件在线加载方法,利用权利要求1至6任一项所述的在线加载架构,其特征在于,所述在线加载方法包括:
地空状态量GSE和编程允许状态量ISPL经与门综合后生成SOFT_UP状态量;CPU中的BOOTLOADER程序上电检测一次SOFT_UP状态量,判断SOFT_UP状态量是否有效;
若SOFT_UP状态量无效,则CPU正常执行原来的嵌入式软件程序;
若SOFT_UP状态量有效,串口驱动器接收计算机升级串口RS422发送的数据包,并发送给FPGA,FPGA的软件升级控制器判断来自串口驱动器的数据与接收到的离散量LRM_ID是否一致;
若对比不一致,FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE关闭,FPGA不发送数据给CPU;
若对比一致,FPGA控制串口驱动器的发送使能端DE打开,FPGA发送数据给CPU,CPU将接收的数据更新到FLASH中,实现软件升级;同时,CPU通过串口驱动器反馈加载状态给计算机升级串口RS422,以进行升级监控。
8.根据权利要求7所述的飞控计算机内多功能板软件在线加载方法,其特征在于,
地空状态量GSE包括地面状态和空中状态;编程允许状态量ISPL包括编程允许状态和编程禁止状态;
当地空状态量GSE为地面状态且编程允许状态量ISPL为编程允许状态时,SOFT_UP状态量有效。
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