[发明专利]基于FlexRay的分布式飞行控制计算机通信系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于FlexRay的分布式飞行控制计算机通信系统及控制方法，属于航空航天导航、制导与控制技术领域。

背景技术

飞行控制计算机是无人飞行器飞行控制系统的核心部件之一，其可靠性设计的优劣直接影响着飞行器的飞行安全，而总线是飞行控制计算机内部数据交互的通道与纽带，是飞行控制计算机必不可少的一部分。随着新型高性能无人机系统的发展，对飞行控制计算机的功能、性能与可靠性要求也越来越高，计算机内部通信总线上的负载情况也越来越重，因此设计网络通信协议，提高通信效率，降低总线负荷，增强安全性，必然成为新型飞行控制计算机设计过程中所需考虑的重要因素。

目前分布式结构飞行控制计算机多采用CAN作为内部通信总线，其数据通信的实时性与可靠性得到了充分验证。随着新型高性能无人机系统的发展，对飞行控制计算机的功能与性能要求也越来越高。在这种发展趋势下，计算机内部通信总线上的负载情况也越来越重，而CAN总线的数据传输率是1Mbit/s，数据传输效率本身就不高，小于60%，已经逐渐不能满足新型飞行控制计算机的要求，因此需要寻求一种新总线通信技术解决制约分布式结构飞行控制计算机发展的瓶颈问题。

FlexRay作为一种新型网络通信协议，数据传输率高达10Mbit/s，当采用双通道冗余传输时最快可达20Mbit/s，并且在如此高数据传输率的情况下，仍能够满足系统的可靠性指标，是一种具有更高数据传输率，更灵活的数据通信方式、更多样的网络拓扑结构选择和更全面的容错选择的总线通信协议。目前市场上有Fujitsu Philips、Freescale等几家半导体厂商实现了FlexRay总线协议的收发器和控制器。在应用方面，只有少数几家公司对其实现，例如最早是宝马公司于2006年将FlexRay技术成功应用于宝马X5豪华型SUV上，接着在宝马X6和新7系轿车上也得到了应用；2010年6月，奥迪公司在新款A8轿车上也采用了FlexRay技术。目前国内外尚无将FlexRay总线技术用于无人飞行器飞行控制计算机当中的先例，在这方面的发明与研究还处空白阶段。

发明内容

本发明提出了一种基于FlexRay的分布式飞行控制计算机通信系统及控制方法，利用高速率、高效率和高可靠性的FlexRay总线替代CAN总线应用到飞行控制计算机中，解决了飞行控制计算机内部通信总线带宽受限负载过大的问题。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于FlexRay的分布式飞行控制计算机通信系统，包括中央处理单元、模拟量接口单元、开关量接口单元和串口量接口单元，各个功能单元通过FlexRay总线相连接，每个功能单元作为一个FlexRay总线通信节点，通过FlexRay总线与其他功能单元进行数据通信交互，协同工作实现飞行控制功能；其中，中央处理单元进行整个飞行控制系统的控制律解算、实现外围设备的管理；模拟量接口单元、开关量接口单元和串行量接口单元为分布式飞行控制计算机的数据采集及输出部分，三个功能单元负责接收传感器数据及采集外围设备的状态并上传给中央处理单元，同时也输出由中央处理单元控制律解算结果及逻辑管理数据。

所述的飞行控制计算机中的FlexRay总线通信节点，即每个功能单元由主机处理器、总线控制器和总线收发器顺序连接。

所述的主机处理器采用C8051F120单片机。

所述的总线控制器采用MFR4310。

所述的总线收发器采用TJA1080A。

所述的基于FlexRay的分布式飞行控制计算机通信系统的控制方法，包括以下步骤：

1）当飞行控制计算机上电后，各个功能单元的主机处理器完成输入输出端口及外围相应模块的初始化；

2）应用中央处理单元进行飞行控制解算和任务调度工作，应用模拟量接口单元、开关量接口单元和串口量接口单元进行相应的传感器数据采集和输出；

3）中央处理单元通过FlexRay总线将控制律解算结果下行到其他功能单元进行输出，同时通过FlexRay总线接收其他功能单元上传的传感器采集信息；模拟量接口单元、开关量接口单元和串口量接口单元则通过FlexRay总线接收来自中央处理单元的控制律解算结果并输出到执行机构，同时在规定的时间内将传感器采集的数据信息上传到中央处理单元进行处理。

本发明的有益效果如下：