专利名称：多路线路适配器的制作方法
技术领域：
本发明涉及空管通信系统的前端通信系统，特别是用于完成外界多数雷达数据和空管系统的数据收发，数据流量控制、保障数据安全性的智能化多路数据引接设备。
背景技术：
在空管领域中，为对一个大空域进行实时监测，掌握整个空域的飞行计划，必须使用多部雷达来覆盖整个空域，并把所有的雷达数据和飞行情报数据引接到指挥中心，进行分析处理和监控。雷达数据经长距离传输，在指挥中心对它们进行最佳的多通道集中引接和处理，成了准确对空中目标监视和指挥的一大关键问题。空管通信系统实现雷达数据、ADS数据、警戒雷达和引导雷达数据等在内的监视数据，飞行情报、航行通告和航空气象数据的接收、传输和交换、处理、综合、显示、监视和控制的自动化。在雷达数据的传输中，有的采用载波传输，有的采用基带传输，其链路层数据格式多样化，如高级数据链路控制(HDLC)、东芝双同步和汤姆逊双同步(BSC)、通用数据2协议(CD2)、数字数据通信消息协议(DDCMP)等。为此，在一个航管系统中，需要在完成雷达数据引接的同时，把各种格式的雷达数据进行通信规程适配，以便实时采集到通信处理机进行集中处理。
空管通信系统的前端通信子系统，是空管系统与外界通信的喉舌，完成外界和空管系统的数据收发，并对数据流量进行控制，设置数据防火墙，保障数据的安全性。整个空管系统采用分布式结构，通过局域网将各个信息处理设备和工作站等系统单元连接起来，协同工作，系统中所有的空管数据，如雷达/ADS信息源、飞行情报网、航行/气象情报网、技术监控网、用户附加设施等，都是通过前端通信子系统引接完成。因此，这样的前端通信子系统在整个空管系统中具有举足轻重的作用，在完成与外部系统的数据交换的同时，对数据进行通信协议适配和格式转换，提供统一内部格式的信息源数据，支持系统与飞行情报网、航行/气象情报网及其它外部设施/数据交换网交换数据。
发明内容
本发明的目的是提供一种多路线路适配器，旨在实现空管系统自动化，以方便地、稳定地对名种复杂现场的空管数据进行引接。
实现本发明目的的技术方案是一种多路线路适配器，包括机箱，置于机箱内的一个智能控制单元以及多个通道单元，智能控制单元中含有用作与通道单元通讯的CAN收发装置，输入满足EIA-Rs232C/D标准的TTL电平和Rs232电平的电平适配装置，与通信处理机通讯的串口收发装置，实现通信处理机的命令与CAN命令相互转换的命令处理装置；通道单元中含有用作与智能控制单元通讯的CAN收发装置，电平适配装置，将多种同步雷达数据变换为统一的异步雷达数据送通信处理机的通讯规程适配装置，以及通过采集、发送同步位流来采集和遥出同步雷达数据的外部中断服务装置，其特征在于，所述机箱上设有多个外部接口；所述智能控制单元为智能控制卡，通道单元为通道模块卡，二者分别与机箱上的插座相匹配，且智能控制卡经一条CAN总线与通道模块卡连接；通道模块卡中还具有同步通信波特率自动识别装置在通道的同步时钟的上升沿对时钟计数器CLKcnt加1，以3秒钟为周期，计算出每秒的时钟计数器的数值即波特率BaudRate，把BaudRate与2400/4800/9600/19200/38400/64000bps这几种波特率比较，采用最接近法判定得出该通道信波特率；还具有同步通信收程自动识别装置程序启动时，对线路上的同步bit流进行逐位移入移位寄存器WordReg，并判别其值，如果WordReg的值为0xFFFF，那么就把BSC计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0x7E7E，如果是0x7E7E，那么就把HDLC计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0xFFCO，如果是0xFFCO，那么就把CD2计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0x9696，如果是0x9696，那么就把DDCMP计数器增1，如果都不是这些值，判断该程序的统计时间是否到了，如果没到达统计时间，那么就再移入一位同步bit，并循环以上的判断流程，如果统计时间已经到达，退出该循环体，统计分析各个计数器的值，根据最大似然统计规则，便可确定该线路上的同步通信规程，并退出该程序。
在空管数据引接上，可采用高性能的数字信号处理器为核心单元，对各种复杂空管数据进行预处理、通信规程适配；各通道之间相互独立，互不影响，每个通道功能都可采用一个数字信号处理器实现，整个前端系统就是多处理器系统，某个通道的异常不会影响别的通道正常工作。在智能化上，该子系统采用一个控制中心模块和CAN总线技术对所有通道模块及电源进行自动化管理，并报告给整个空管系统，实时采集各通道及电源的各种工作状态信息，实时发送各种控制命令；整个系统方案集成度高、稳定性高，结构合理。
该发明在技术上的优点是，利用通用CPU的编程灵活性，能引接和预处理各种格式空管数据，如异步数据、同步数据(HDLC、BSC、CD2等等)；采用了多CPU工作模式，增强了整个空管系统的稳定性；本产品经过了系统级验收，工厂级验收，在试用中，长期连续工作达3个月未出现异常。利用该发明作为空管系统的前端子系统，实现了自动化空中管制，提高了空域的飞行效率，能实时快捷掌握全国空域的飞行动态。
四
附图1为该发明的整体原理框图。
附图2为该发明的通道模块卡的实现框图。
附图3为该发明的同步通信规程自动识别软件流程图。
附图4为该发明的同步通信波特率自动识别的软件流程图。
附图5为该发明的智能控制卡的实现框图。
附图6为该发明的外部接口分布图。
五具体实施例方式
本发明技术方案的具体实现分为整体设计；通道模块；智能控制卡和外部接口。下面结合附图作进一步详细叙述。
1.整体设计该发明产品整体上，采用标准的19英寸宽，4U高的机箱设计，每个通道模块卡(通道单元)采用插卡式连接，智能控制卡(智能控制单元)利用CAN总线技术监控各个通道卡，通道模块卡和智能控制卡都采用欧式插座与背板相连，采用双电源卡(连接在CAN总线上)热备份对背板上的通道模块卡和智能控制卡进行供电，提高系统稳定性。如附图1所示。
2.通道模块卡通道模块卡的具体实现如附图2所示。
各通道模块设计相同，便于互换维护。为了能够满足某些高传输率(如64Kbps)的雷达数据引接，通道模块采用了一个德州仪器(TI)公司TMS320LF2407A型的DSP作为核心芯片，来快速适配各种格式的雷达数据。TMS320LF2407A是TMS320C2000平台下的一种定点DSP芯片，该DSP内部设计有看门狗定时器、32K字的FLASH和2.5K字的RAM，同时内含CAN通信模块，符合CAN2.0规范要求。
由于采用了集成度高、功能强的TMS320LF2407A芯片，使通道模块的硬件结构大大简化，仅需配置少量外围器件，如完成与智能控制卡通讯的一片CAN收发装置(即CAN收发器TJA1050)；使系统的输入输出满足EIA-RS232C/D标准的TTL电平和RS232的电平适配装置(即电平适配器件)等。通道模块的主要功能通过编写DSP的各功能软件来实现，如提高对现场适应能力的程序模块来读取设置信息并把通道模块配置为相应的功能；CAN收发功能模块，使通道模块和智能控制卡能通过CAN总线互相通讯；为了采集和遥出同步雷达数据，设计了外部中断服务装置(即外部中断服务程序)，实现了采集同步位(bit)流和发送同步位(bit)流的功能；为了对采集的同步位流进行各种规程适配，设计了通讯规程适配装置(即雷达数据处理软件模块)，将各种同步雷达数据变换处理为统一的异步雷达数据送通信处理机，通信处理机只需处理同一种类型的雷达数据；为了保证异步雷达数据能送给后台RDP(雷达数据处理模块)处理，设计了异步串口收发装置(即异步串口收发程序)；同时为了采集通道模块的各工作状态，设计了实时检测模块；看门狗触发装置(即看门狗软件模块)，在主循环中定时触发看门狗定时器，防止通道模块程序死机，增强系统的抗干扰能力。因此，仅对一片DSP芯片进行恰当的程序开发便可实现通道模块的所有功能。各程序模块主要采用C语言编写，模块化设计，便于维护。编译连接的30.6KB程序可以直接固化到DSP内部，而无需外扩RAM和ROM。
通道模块卡的软件发明创新点主要包括同步通信波特率自动识别装置和同步通信规程自动识别装置(二者通过软件实现)。同步通信波特率自动识别装置的软件流程图如附图3所示，由于同步通信的波特率规定为固定的几种波特率(如2400/4800/9600/19200/38400/64000bps等)通道模块对同步通信的时钟信号进行统计其计数率，采用最佳接近判定法便得到该通道的通信波特率。在通道的同步时钟的上升沿对时钟计数器CLKcnt加1，以3秒钟为周期，计算出每秒的时钟计数器的数值即波特率BaudRate，把BaudRate与2400/4800/9600/19200/38400/64000bps这几种波特率比较，采用最接近法判定得出该通道信波特率；同步通信规程自动识别装置的软件流程图如附图4所示，通道模块对采集的同步位流进行实时统计分析，根据通信规程(如HDLC，BSC，CD2，DDCMP等)的空闲字和同步头，可以识别出该通道的通信规程。因此该发明可以对标准同步通信的通道能自适应引接各种信号。程序启动时，对线路上的同步bit流进行逐位移入移位寄存器WordReg，并判别其值，如果WordReg的值为0xFFFF，那么就把BSC计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0x7E7E，如果是0x7E7E，那么就把HDLC计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0xFFCO，如果是0xFFCO，那么就把CD2计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0x9696，如果是0x9696，那么就把DDCMP计数器增1，如果都不是这些值，判断该程序的统计时间是否到了，如果没到达统计时间，那么就再移入一位同步bit，并循环以上的判断流程，如果统计时间已经到达，退出该循环体，统计分析各个计数器的值，根据最大似然统计规则，便可确定该线路上的同步通信规程，并退出该程序。
3、智能控制卡智能控制卡的具体实现如附图5所示。
智能控制卡除采用一片TMS320LF2407A型DSP作为核心控制单元以外，其外围电路也很简单，只需配置与双通信处理机通讯的一片串口扩展芯片ST16C550，一片实现智能控制卡和通道模块卡之间通讯的CAN收发装置(即CAN收发器)，以及电平适配装置(即电平适配电路)和状态显示电路等。
通道模块实时刷新其工作状态。智能控制卡也定时寻检各通道模块、电源模块和输入输出线的状态，并定时上传监控信息给上位微机显示或处理，使引接系统的工作状态和关键过程在全系统上可实时处理并可视化，极大提高了全系统的可靠性和智能化。智能控制卡实时数据采集、处理和遥控发令等功能的实现依赖于对DSP芯片的程序开发。使用C语言编写各功能模块，如CAN的收发模块，实现MCM和DTM的通讯；②双串口收发装置(即双串口收发程序模块)，实现与双通信处理机通讯(一般为与单个通信处理机通讯的串口收发装置)；命令处理装置(即命令处理模块)，实现通信处理机的命令和CAN命令的相互转换；以及定时检测装置(即定时模块)，实时检测电源状态和转发手动设置状态等。
4、外部接口该发明的外部接口实现如附图6所示。
该产品与外部的接口采用了分线箱(位于机箱内后部)结构设计，其分线箱接口种类较全，分线箱上设置有空管双系统接口(空管系统1接口6、7，空管系统2接口8、9)，外部数字通信接口2，外部模拟通信接口1，监控接口4，级联接口3，雷达记录仪接口，双冗余系统接口以及适配器接口5等，能适应各种复杂的现场要求。该发明产品的接口可以引接数字信号(雷达等)，也可以引接模拟信号。实现了双雷达的选优，雷达数据转发。为了安全可靠，该发明为双系统提供雷达等信号。为了适应现场雷达种类和雷达路数，该发明可以采用级联组合成大通道数的适配器。监控接口提供给系统监控该适配器，实现了适配器的智能化。
本发明是一种多通道、多功能、多接口、智能化的空管信号引接设备。多通道是，该发明可以进行设备级联来支持信号通道较多的现场，各通道独立并行工作，某个通道出现故障不会影响别的通道工作；多功能是，该发明既可以引接雷达信号，遥传输入口遥传输出雷达信号，还实现了雷达信号双通道选优转发输出，该发明也实现了雷达信号的多通信规程适配，支持同步信号(HDLC，BiSync和CD2)和异步信号，而且该发明的通道模块可以对标准同步通信的通信规程和通信波特率实现自适应；多接口是，该发明实现了模拟通信接口、数字通信接口、双冗余系统接口，监控接口和供第三方设备(如记录仪)接口；智能化是，该发明实现了一个智能控制卡，能对每个通道的信号类型、通信波特率、信号通断状态和双电源工作状态进行实时检测，对双冗余系统的信号切换、双通道雷达信号选优转发进行实时控制。
权利要求
1.一种多路线路适配器，包括机箱，置于机箱内的一个智能控制单元以及多个通道单元，智能控制单元中含有用作与通道单元通讯的CAN收发装置，输入满足EIA-Rs232C/D标准的TTL电平和Rs232电平的电平适配装置，与通信处理机通讯的串口收发装置，实现通信处理机的命令与CAN命令相互转换的命令处理装置；通道单元中含有用作与智能控制单元通讯的CAN收发装置，电平适配装置，将多种同步雷达数据变换为统一的异步雷达数据送通信处理机的通讯规程适配装置，以及通过采集、发送同步位流来采集和遥出同步雷达数据的外部中断服务装置，其特征在于，所述机箱上设有多个外部接口；所述智能控制单元为智能控制卡，通道单元为通道模块卡，二者分别与机箱上的插座相匹配，且智能控制卡经一条CAN总线与通道模块卡连接；通道模块卡中还具有同步通信波特率自动识别装置在通道的同步时钟的上升沿对时钟计数器CLKcnt加1，以3秒钟为周期，计算出每秒的时钟计数器的数值即波特率BaudRate，把BaudRate与2400/4800/9600/19200/38400/64000bps这几种波特率比较，采用最接近法判定得出该通道信波特率；还具有同步通信收程自动识别装置程序启动时，对线路上的同步bit流进行逐位移入移位寄存器WordReg，并判别其值，如果WordReg的值为0xFFFF，那么就把BSC计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0x7E7E，如果是0x7E7E，那么就把HDLC计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0xFFC0，如果是0xFFC0，那么就把CD2计数器增1，否则，判断WordReg的值是否为0x9696，如果是0x9696，那么就把DDCMP计数器增1，如果都不是这些值，判断该程序的统计时间是否到了，如果没到达统计时间，那么就再移入一位同步bit，并循环以上的判断流程，如果统计时间已经到达，退出该循环体，统计分析各个计数器的值，根据最大似然统计规则，便可确定该线路上的同步通信规程，并退出该程序。
2.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述智能控制卡中还设有用作定时检测电源状态和转发手动设置状态的定时检测装置。
3.根据权利要求2所述的适配器，其特征在于，所述智能控制卡中还设有状态显示电路。
4.根据权利要求3所述的适配器，其特征在于，所述智能控制卡中的串口收发装置为与两个通信处理机通讯的双串口收发装置。
5.根据权利要求4所述的适配器，其特征在于，所述智能通道模块卡中还具有将异步雷达数据以串行方式送给雷达数据处理装置的异步串口收发装置；以及在主循环中定时触发看门狗定时器，防止通道模块程序死机的看门狗触发装置。
6.根据权利要求5所述的适配器，其特征在于，所述通道模块卡为10个、均采用TMS320LF2407A芯片；所述智能控制卡采用TMS320LF2407A芯片；所述插座为欧式插座。
7.根据权利要求6所述的适配器，其特征在于，所述机箱内后部还设置有分线箱，分线箱上设置有空管双系统接口，外部数字通信接口，外部模拟通信接口。
8.根据权利要求7所述的适配器，其特征在于，所述分线箱上还设置有监控接口，级联接口，雷达记录仪接口。
9.根据权利要求8所述的适配器，其特征在于，所述机箱为19英寸宽，4U高的机箱。
10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的适配器，其特征在于，所述机箱中CAN总线上还连接有双电源卡。
全文摘要
一种多路线路适配器，属多通道空管信号引接设备。其智能控制卡经一条CAN总线与多个通道模块卡连接，智能控制卡中含有CAN收发装置、电平适配装置、串口收发装置等，通道模块卡中含有CAN收发装置，电平适配装置，通信规程适配装置，外部中断服务装置，以及同步通信波特率自动识别装置和同步通信规程自动识别装置。机箱上设有多个外部接口以及与智能控制卡、通道模块卡相配的插座，本发明实现了雷达信号的通信规程适配，支持同步信号和异步信号，且可对标准同步通信的通信规程和通信波特率实现自适应，是一种多通道、多功能、多接口、智能化的空管信号引接设备。
文档编号H04L29/04GK1984124SQ20051002227
公开日2007年6月20日 申请日期2005年12月13日 优先权日2005年12月13日
发明者应三丛 申请人:四川川大智胜软件股份有限公司, 四川大学