淺談某型機載作戰(zhàn)任務加載器的設計與實現論文
淺談某型機載作戰(zhàn)任務加載器的設計與實現論文
機載設備是指對飛機飛行中的各種信息、指令和操縱進行測量、處理、傳遞、顯示和控制的設備。 軍用飛機機載設備還包括：火力控制、電子對抗、偵察、預警、反潛等設備。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：淺談某型機載作戰(zhàn)任務加載器的設計與實現相關論文。內容僅供參考，歡迎閱讀!
淺談某型機載作戰(zhàn)任務加載器的設計與實現全文如下：
軍用飛機作戰(zhàn)任務具有較高的保密要求，飛行員需要從作戰(zhàn)指揮部獲取作戰(zhàn)任務數據，然后在飛機執(zhí)行任務起飛前將作戰(zhàn)任務相關參數通過數據加載設備傳輸到火控計算機中?；鹂叵到y(tǒng)根據裝訂的信息參數引導飛行，在載機到達程序裝訂的目標區(qū)域時提醒飛行員做好戰(zhàn)斗準備，此外攻擊后的退出引導、返場引導等飛行過程都可根據裝訂的信息自動完成。
1 整體方案考慮
作戰(zhàn)任務加載器需要實現三個功能，包括讀取數據存儲卡的數據、數據解密和通過1553B接口向火控計算機發(fā)送數據。
數據存儲卡用于存儲和傳遞作戰(zhàn)導航數據，任務規(guī)劃系統(tǒng)對數據存儲卡執(zhí)行編程操作，作戰(zhàn)任務加載器對數據存儲卡執(zhí)行讀取操作。作戰(zhàn)任務加載器屬于小型機載嵌入式設備，其工作頻率較低，數據存儲卡應選擇工作模式相對簡單、讀取速度快、可靠性較高的產品。作戰(zhàn)任務加載器采用基于USB接口的NOR Flash存儲卡作為作戰(zhàn)導航參數信息的存儲載體。NOR Flash也稱為Linear Flash, 擁有獨立的數據總線和地址總線,能快速隨機讀取,可以單字節(jié)/單字編程,但必須以塊為單位或整片執(zhí)行擦除,重新編程之前必須進行擦除操作。NOR Flash存儲卡簡單的訪問方式、快速讀取速度及較高的可靠性適合機載作戰(zhàn)任務加載器的工作環(huán)境和工作模式。
作戰(zhàn)任務編程/加載系統(tǒng)采用數據加解密技術保證移動存儲的安全保密性。所謂數據加密技術是指將信息(或稱明文)經過加密鑰匙及加密函數轉換，變成無意義的密文，而接收方將此密文經過解密函數、解密鑰匙還原成明文的技術。作戰(zhàn)導航參數信息需要任務規(guī)劃系統(tǒng)進行數據加密后存儲在數據存儲卡上，作戰(zhàn)任務加載器對數據存儲卡上的密文數據進行解密處理。作戰(zhàn)任務加載器固定安裝在飛機上，應用環(huán)境具有較高的安全性?？紤]作戰(zhàn)任務加載器的實時性要求較低，且需要解密的導航信息數據量較小，加載器采用軟件解密方法即可滿足要求。雖然會帶來軟件運行開銷，但可降低硬件成本。
本系統(tǒng)采用IDEA(International Data EncryptionAlgorithm)加密算法實現作戰(zhàn)導航數據信息在數據生成端的加密和數據使用端的解密。IDEA被認為是目前世界上最好最安全的分組密碼算法，且對計算機功能要求不高。IDEA的密鑰長度是128位，相對較長，加密強度高。在窮舉攻擊的情況下，IDEA需要經過2128次加密才能恢復出密鑰，假設芯片每秒能檢測10億個密鑰，需要1013年，它被認為僅循環(huán)4次即可抵制差分密碼分析，對IDEA算法也不起作用，隨機選擇密鑰基本沒有危險，故其安全性較高;算法的基礎是16位運算，實現速度與DES相同。加密中從數碼鎖獲得的密鑰為128比特，明文分組長度是64比特。
采用DSP實現IDEA解密算法與硬件實現解密相比具有開發(fā)周期短、成本低的優(yōu)點。另外DSP本身的流水線和運算器設計也能夠有效提高數據解密算法的運算速度。
2 硬件設計
作戰(zhàn)任務加載器由數據處理模塊、電源系統(tǒng)、機箱和數據存儲卡構成，機箱和電源采用一體化設計，數據處理模塊是作戰(zhàn)任務加載器內部唯一的SRU。數據存儲卡直接安裝在數據處理模塊上，可簡化整機結構設計。
2.1 DSP選型
數據處理模塊采用TI公司的數字信號處理器SM320F2812，集成1553B、USB、串口、離散量等數字接口。1553B接口用于向火控系統(tǒng)傳輸數據，USB接口用于訪問數據存儲卡，串口用于顯示維護BIT的測試結果，離散量用于控制作戰(zhàn)任務加載器進入不同的工作模式。SM320F2812的額定工作頻率為150MHz，每秒可執(zhí)行1.5億次指令，具有單周期32bit×32bit的乘和累加操作功能，主要實現USB存儲卡數據讀取、解密、發(fā)送的功能。
F2812的外部接口映射到5塊固定的存儲空間。每個存儲空間可以單獨設置訪問時的等待狀態(tài)數目、選通信號的建立時間和保持時序，且讀和寫操作的時序可以獨立設置。此外，每個空間可以分別選擇是否使用外部等待信號(XREADY)來擴展所需的等待狀態(tài)。這些片選信號以及可編程的等待狀態(tài)和選通時序使得DSP芯片可以和許多外部存儲器或擴展外設間實現無縫接口。每個XINTF空間都有自己的時序寄存器XTIMING，改變時序寄存器的值將會影響相應空間的訪問時序。1553B接口、RAM、數據存儲卡可分別映射到不同的存儲空間，實現簡化設計。
2.2 1553B總線接口電路
作戰(zhàn)任務加載器與火控計算機之間的數據傳輸通過1553B總線接口實現。本設計選擇1553B接口芯片HK1553B來實現通信功能。
1553B總線接口電路工作時鐘為12MHz，經過隔離變壓器連接到1553B總線，模塊上1553B芯片工作在RT方式下，1553B協(xié)議芯片訪問外部存儲器為一片64k×16bitSRAM存儲器，存儲器的訪問控制及1553B協(xié)議芯片請求DSP總線及應答信號由FPGA產生。1553B協(xié)議芯片的地址和數據總線全部引入FPGA，1553B協(xié)議芯片訪問DSP總線時地址數據通過FPGA掛在EMIF總線上。
2.3 USB接口電路
本系統(tǒng)采用的存儲卡為MagicRAM公司的USBFlash存儲卡，該存儲卡讀取周期最大為200ns，可執(zhí)行100000次寫/擦除操作。該存儲卡的讀寫訪問時序是典型的異步并行接口訪問時序。DSP提供了對異步存儲器的無縫訪問接口XINTF，將數據存儲卡單獨映射到DSP的Zone 2外部存儲空間。
USB芯片CY7C68013與FPGA相連，在檢測到USB供電后，通過FPGA實現對USB接口芯片的復位，并使能USB接口信號，實現與上位機的通信，完成調試加載功能。
FPGA通過USB口電源監(jiān)控電路實現對USB接口的接口控制，當USB接口供電有效時，FPGA輸出USB芯片復位有效，并使能與USB接口的數據總線，在USB不使用條件下USB工作在PowerDown模式，數據總線置為三態(tài)。
3 軟件設計
作戰(zhàn)任務加載器的軟件分為三部分，包括驅動程序、BIT程序和應用程序，驅動程序由BIT程序和應用程序調用。驅動程序包括DSP初始化、1553B接口驅動、串口驅動、GPIO驅動等。DSP初始化對DSP的工作頻率、XINTF總線時序、中斷使能和優(yōu)先級進行配置。1553B、串口接口驅動實現通信初始化配置、數據發(fā)送、數據接收等基本底層控制操作。作戰(zhàn)任務加載器BIT程序包括上電BIT和維護
BIT。作戰(zhàn)任務加載器上電后通過讀取地面狀態(tài)使能信號GSE#的狀態(tài)進入地面工作模式或機上工作模式。在地面工作模式，作戰(zhàn)任務加載器執(zhí)行維護BIT程序，對FLASH、RAM、1553B接口、USB數據存儲卡等硬件資源進行測試，對FLASH的測試只進行應用程序校驗和測試，對RAM、USB數據存儲卡進行讀寫正確性測試，對1553B接口進行數據傳輸正確性測試。在機上工作模式，為了保證作戰(zhàn)任務加載器的功能完備性，首先進行上電BIT測試，對應用程序FLASH校驗和、數據RAM讀寫正確性、1553B接口內部環(huán)測正確性進行測試。上電BIT測試正確后，通過定時器產生定時中斷不斷偵測USB接口是否有數據傳輸卡存在。當正常插入數據存儲卡后，任務加載器可向空地火控計算機發(fā)送數據加載請求，根據火控計算機的應答情況發(fā)起數據加載流程，執(zhí)行應用程序。如未檢測到數據存儲卡或火控計算機無應答，則循環(huán)執(zhí)行上電BIT測試。
應用程序對USB存儲卡內密文數據和密鑰讀取，采用IDEA解密算法對密文數據解密，將解密后的明文數據通過1553B接口傳輸給空地火控計算機，其加載端和目標機均需支持1553B基本數據通信，通過握手-響應-確認機制來完成數據在加載端和目標機的可靠傳輸過程。
4 結束語
本文介紹了一種可讀取USB數據存儲卡并實現作戰(zhàn)任務數據可靠傳輸的數據加載器。此設計方法可應用于更多具有安全可靠要求的數據加載設備。數據信息載體不局限于USB線性FLASH存儲卡，可根據處理速度和數據量要求采用加固U盤、加固SATA電子盤等移動存儲設備。與上位機的數據傳輸交互接口也可根據實際應用需求進行設計，可設計為AFDX、ARINC429、ARINC825等串行通信接口。
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