舰载分布式接口适配处理系统的制作方法

本实用新型属于船舶电子设备技术领域，具体涉及一种舰载分布式接口适配处理系统。

背景技术：

水面舰船信息系统各功能分系统接口类型众多、组成形式多样，通常以各种类型显控台、管理机柜等形式集中处理并转接系统网络的传统方式，系统架构层次多而杂，不能实现显控与任务功能分离，实时性和时频同步能力弱，通用化、标准化困难、可靠性低，难以发挥“互连、互通、互操作”的系统集成效益。

全舰公共计算环境(TSCE)是一种先进的新型信息系统架构，舰载分布式接口适配处理系统(DAP)则是TSCE重要的基础设施组成部分。依靠全舰分布的适配处理系统集成支持，可以实现功能系统“即插即用”TSCE的开放和可扩展能力。TSCE基础设施包括适配处理、公共计算、显控等基础设施，显控设施即通用人机接口显控台；公共计算部件设施为通用服务器集装箱，集成实现各业务功能；而适配处理设施连接各功能系统终端执行设备，将非TSCE系统(或设备)通过网络与TSCE系统或设备适配联接，提供重要的协议转换和处理功能。但现有的水面舰船信息系统存在以下问题：

功能系统、设备功能越来越集中和强调特殊专用，接口标准多种多样，各成体系、互不支持，资源不能有效公用，实现集成优化难度大，现有的舰载分布式接口适配处理系统不具有集成接口，不能实现资源的公用；

功能系统在网络架构上形式为“系统套系统、一层叠一层”，造成整个系统故障单点多、瓶颈多、系统集成难、可靠性差，现有的舰载分布式接口适配处理系统的故障单点多，可靠性差；

因舰船信息系统技术发展，系统之间信息交互与处理越来越频繁和快速、系统越来越分布，适配同步精度要求越来越高，需要实时处理系统内部、设备之间的大量信息交互，但现有的舰载分布式接口适配处理系统无法实现高速信息适配和实时交互通信。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种舰载分布式接口适配处理系统，该处理系统具有集成接口，能实现资源的公用；而且能实现高速信息适配和实时交互通信。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种舰载分布式接口适配处理系统，其包括若干分布式接口适配处理器，每个分布式接口适配处理器通过TSCE网络与通用控制台实现通信；每个分布式接口适配处理器均包括机箱和机箱内的主处理模块、以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块、时频同步模块、功能扩展模块、电源开关模块、激磁电源模块；

所述主处理模块通过CPCI总线与以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块、功能扩展模块连接；所述主处理模块通过千兆网络与时频同步模块连接；所述电源开关模块通过PWR接通交流220VAC电源，且所述电源开关模块与激磁电源模块、CPCI电源模块连接；所述激磁电源模块与旋变输入模块、旋变输出模块连接；所述CPCI电源模块为以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块供电；

所述主处理模块与USB接口、RS232\RS485串行接口、DVI接口、PS2接口、内部网络接口连接；所述以太网接口模块与网络接口连接；所述1553B输入模块与1553B接口开关量输入\输出接口连接；所述A/D接口模块与A/D接口连接；所述D/A接口模块与D/A接口连接；所述旋变输入模块与旋变信息输入接口连接；所述旋变输出模块与旋变信息输出接口连接；所述开关量输出模块与开关量输入\输出接口连接；所述时频同步模块通过TSCE网络与通用控制台实现通信；所述功能扩展模块与IO接口连接。

所述主处理模块为CPCI接口板卡，主要配置为Intel i7处理器，主频2.5GHz，内存4G，板载固态电子盘，支持2个RS-232/422接口,4路100/1000M自适应以太网接口。其他模块为6U CPCI功能板卡，均兼容PICMG 2.0R2.1总线规格。

按上述方案，每两个分布式接口适配处理器与一个执行器件连接，执行器件为传感器、激励器、受动器和采集单元等。比如：分布式接口适配处理器通过机柜与分系统设备连接；分布式接口适配处理器与传感器、现场设备连接；分布式接口适配处理器与独立分系统连接。

按上述方案，所述机箱为通用型插板机箱，以方便连接。

按上述方案，主处理模块、以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块、时频同步模块、功能扩展模块、电源开关模块、激磁电源模块均置于各自的槽位内，以方便安设和固定，也便于与各自的接口连接，使结构更加合理。

按上述方案，CPCI电源模块将220V交流电转换为+5V直流电。

按上述方案，TSCE网络为双冗余结构，能构建一个覆盖舰船的舰载分布式接口适配处理系统虚拟网络，实现接口适配处理设备的虚拟控制和网络管理。

本实用新型根据舰载分布式接口适配处理系统架构和信息传递层次模型，提出具备集成接口能力的适配处理设备通用架构，规划设备通用架构机箱形式；支持模块化多类型接口槽位，统筹设计复用多总线协议、多标准接口的模块化槽位，设计输出模块与输入模块信号相同接线定义，支持多槽位复用和互换功能，实现通用架构可扩展能力。

本实用新型的有益效果在于：

通过设置主处理模块、以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块、时频同步模块、功能扩展模块、电源开关模块、激磁电源模块，并使这些模块与相应的接口连接，从而将这些接口进行集成，实现资源的公用；

一个执行器件分别与两个分布式接口适配处理器连接，能有效规避网络单点故障，有效提高系统可靠性；

通过设置时频同步模块，实现高速信息适配和实时交互通信；

提升设备通用化和标准化，实现全舰公共计算环境跨功能系统、跨平台的资源共享和信息集成；

实现了信息流和数据流的分离，使大量数据流实时直达终端，提高传输处理效率，实现系统处理实时性，有利于推动舰船系统集成优化和跨越系统复杂技术瓶颈；

实现信息系统多协议接口适配的实时处理，支持显控与任务分离和适配接口冗余；可应用于舰船信息系统接口适配处理技术验证和工程实践；

使用本实用新型后，可有力提升舰船接口适配处理能力，也有利于提升在公共计算环境应用领域中技术优势和竞争能力，还有利于支撑当前舰船公共计算环境系统架构的工程实践及应用推广，进一步推动海军舰船信息化的能力提升和新技术架构的发展。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是分布式接口适配处理器的模块分布示意图；

图2是分布式接口适配处理器的结构示意图；

图3是基于TSCE的舰载分布式接口适配处理系统控制网络；

图4是舰船异构信息接口的分布适配与实时处理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1和图2，一种舰载分布式接口适配处理系统，其包括若干分布式接口适配处理器，每个分布式接口适配处理器通过TSCE网络与通用控制台实现通信。每个分布式接口适配处理器均包括通用型插板机箱和机箱内的主处理模块、以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块、时频同步模块、2个功能扩展模块、电源开关模块、激磁电源模块。主处理模块、以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块、时频同步模块、2个功能扩展模块、电源开关模块、激磁电源模块均置于各自的槽位内；比如主处理模块置于第0槽，以太网接口模块置于第1槽，1553B输入模块置于第2槽，A/D接口模块置于第3槽，D/A接口模块置于第4槽，旋变输入模块置于第5槽，旋变输出模块置于第6槽，开关量输出模块置于第7槽，时频同步模块置于第8槽，功能扩展模块置于第9槽、第10槽，电源开关模块置于第11槽，激磁电源模块置于第12槽。主处理模块通过PCI总线与以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块、2个功能扩展模块连接；主处理模块通过千兆网络与时频同步模块连接；电源开关模块通过PWR接通交流220VAC电源，且电源开关模块与激磁电源模块、CPCI电源模块连接；激磁电源模块与旋变输入模块、旋变输出模块连接；CPCI电源模块将220V交流电转换为+5V直流电，通过CPCI总线底板为CPCI模块(以太网接口模块、1553B输入模块、A/D接口模块、D/A接口模块、旋变输入模块、旋变输出模块、开关量输出模块)供电。主处理模块与USB接口、RS232\RS485串行接口、DVI接口、PS2接口、内部网络接口连接；以太网接口模块与网络接口连接；1553B输入模块与1553B接口开关量输入\输出接口连接；A/D接口模块与A/D接口连接；D/A接口模块与D/A接口连接；旋变输入模块与旋变信息输入接口连接；所述旋变输出模块与旋变信息输出接口连接；开关量输出模块与开关量输入\输出接口连接；时频同步模块通过TSCE网络与通用控制台实现通信；2个功能扩展模块分别与IO接口连接。

参见图3，各执行器件(传感器、激励器、受动器和采集单元等)以双通道方式连接两个DAP设备(分布式接口适配处理器)，输入输出信息经其接口适配和处理后，双向传递至TSCE网络中，TSCE网络为双冗余结构，能构建一个覆盖舰船的舰载分布式接口适配处理系统虚拟网络，实现接口适配处理设备的虚拟控制和网络管理；通用化和模块化的DAP设备(分布式接口适配处理器)在全船分布部署，并通过物理网络基础上构成逻辑上的控制虚拟网络，通过授权的通用控制台可以对控制虚拟网络中DAP设备(分布式接口适配处理器)实施管理控制。其系统控制技术包括：

虚拟组网

集成构建全船分布的DAP设备可重构、自适应的虚拟网络；

编址识别

对网络中每一DAP设备以地址码编址识别，实现安全接入控制和编址管理；

状态监控

接口适配处理设备通过网络上报状态信息，在通用控制台服务器管理端进行全船分布的DAP设备实时工作状态、通信状况、拓扑结构进行综合状态监控管理

远程唤醒

支持在通用控制台服务器管理端可对网络中每一DAP设备进行远程唤醒管理，可以控制DAP设备端装备的远程管理模块实现远程唤醒、远程关机等功能；

时频同步

DAP设备端装备时频同步模块，支持网络中每一DAP设备与服务器保持时间和频率的高精度同步；

调度均衡

实时掌握DAP设备在线工作状态，根据接口通信负载情况，通过分时复用机制调度DAP设备，实现接口通信任务均衡；

网络分发

通过TSCE分布式网络，支持DAP设备软件网络下载和在线升级，支持按照不同分组在虚拟网络中进行软件程序分发更新管理；

异地备份

设备实时采集的输入输出信息和数据库，支持在系统闲时控制在网络远程的存储设备或服务器中，实现重要数据的异地信息备份。

参见图4，TSCE系统服务器为通用服务器集装箱(EME)，TSCE系统人机显控接口为通用显控台(GCC)；DAP设备(分布式接口适配处理器)连接舰船各信息系统电子机柜、传感器件、现场设备及独立分系统等(比如：分布式接口适配处理器通过机柜与分系统设备连接；分布式接口适配处理器与传感器、现场设备连接；分布式接口适配处理器与独立分系统连接)，实现将非基于TSCE的系统(或设备)与TSCE系统适配联接，提供接口协议转换和处理功能。

针对舰船信息系统各功能系统存在异构多系统平台、多种通信协议情况，实现接口适配高速数据转发、多线程协议适配处理、大容量数据包高效封装、与TSCE服务器通信优先机制等。

在复杂环境中舰载分布式接口适配处理系统实现舰船信息系统接口适配的实时性十分关键。舰载分布式接口适配处理系统实现异构系统高速信息适配和实时交互通信还需要高精度时间统一和频率同步。传统舰船信息系统通常依靠从时钟源分散多路接线发送时频信号方式来保持时频同步，不能完全适应于TSCE体系结构。而分布式接口适配处理器基于TSCE分布式网络通信和精准时间同步协议实现适配处理高精度时频管理，实现舰载分布式接口适配处理系统高精度对时收敛、中断处理延时补偿，实现高中频时隙精度控制、时频监控管理，能够达到较高精度的时间同步(小于±100ns)、脉冲频率准确度(优于1us)的性能要求。

通过适配处理系统信息传递层次架构，在基于发布/订阅信息流机制的TSCE网络环境中，舰船信息系统通过各协议接口进行信息流和数据流交互；同时信息流和数据流分离，数据流无需通过处理直接到达各信息系统接口，提高大量数据传输处理效率，最终完成各功能系统输入输出接口之间、与TSCE服务器之间高效率的双向适配通信。根据相关接口实时性要求和信息系统的任务需要，支持可动态配置的与服务器通信的优先级别管理，实现通用显控台的接口通信任务和操控分离。

本实用新型采用集成功能通用型插板机箱，支持模块化多类型接口槽位，统筹多协议接口底板总线复用。主处理模块支持数据处理模块及标准接口连接。电源模块占用2槽位，并可复用一个槽位为激磁电源模块，用于支持舰船旋变信号适配处理。激磁电源模块则向其他功能模块提供旋变电压，并实现电源模块冗余。第9、10槽为扩展功能槽位，支持非CPCI标准接口，适应舰船信息系统特殊接口需求。第1～7槽为多协议功能模块槽位，多协议功能槽位支持多种类型协议模块总线复用，将有限的槽位扩展为了多个协议共用的配置，用户可根据不同需求进行选择使用，输出模块与输入模块接口定义相同的底板总线，二者可互换槽位，并防止用户误插、错插。第8槽为时频同步功能模块槽位，用于系统中的时间频率统一管理。各电源模块有1路工作状态指示灯，分别指示了独立模块的供电运行状态。电源模块具有输出过压保护、输出过流保护、输出短路保护、输出过热保护等功能。

本实用新型中，主处理模块是分布式接口适配处理器的核心部件，承担系统接口交换适配数据的处理。提供2路千兆以太网接口，经底板连接至时频同步模块，向外连接TSCE网络；主处理模块还提供多路USB、RS232\RS485串行接口、DVI接口、PS2接口、内部网络接口等，经底板连接至航插连接器对外接口。

传统接口联接方式常常可能出现故障单点多、瓶颈多、可靠性差、系统集成困难等问题，而基于TSCE的舰载分布式接口适配处理系统可以避免舰船信息系统及网络中的单点故障，有效提高系统的鲁棒性与可靠性，便于实现设备通用化和标准化，为全舰公共计算环境构建信息集成的基础平台。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。