飞控计算机发展史,CAN总线飞控计算机设计与开发

摘要：

随着无人机的高速发展,"高空长航时"逐渐成为大型高端无人机的设计目标,由此带来"工作环境恶劣,连续工作时间长"等问题,这对无人机可靠性提出了更严苛的要求.作为核心部件,飞行控制计算机的可靠性显得尤为重要.以成熟的ISA总线飞行控制计算机为基础,以"高可靠性,高可扩展性,高可维护性"为目标,本文基于CAN总线对飞行控制计算机进行了设计和开发.为克服ISA总线的单主工作模式对飞行控制计算机可靠性提升的限制,选择扩展性更强,冗余备份更易实现的CAN作为内部总线,并设计了向下兼容,互联方式灵活的通信方案.采用"通用化"理念,将逻辑运算模块和接口管理模块集成在一块插板上,构成通用核心插板,便于维护.最终形成"通用核心插板+双CAN总线"的总体框架.为节省核心插板版面空间,提高CPU处理效率,采用"CAN-IP扩展接口"作为CAN控制器硬件实现方案,同时设计了底层通信函数的最小完备集和上层通信规则,建立起内部通信.为实现CAN总线单通道计算机,对分布式软件架构,以及多单元的管理策略进行了设计.进一步,为简单可靠地实现针对控制单元的容错,采用"协同法"作为容错策略,设计了故障诊断,系统重构以及故障恢复等算法.针对开发完成的CAN总线计算机,首先利用实时仿真系统,测试了飞行控制计算机基本功能,包括控制逻辑,各单元CPU负荷以及总线负荷;其次通过故障注入,全面地测试了计算机容错功能.结果表明,CAN总线容错飞行控制计算机性能优异,达到了设计目标.

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