● 摘要
舰载消磁是舰艇重要安全防护技术之一，随着军事科技的进步，以往的消磁测控系统已经难以满足舰艇整体战斗力提高的要求。本文以某舰艇小型模块化舰载消磁控制仪器的研制为背景，针对现有舰载消磁测控设备存在的可靠性不高、动态性能较差、功能较弱等不足，提出了一种冗余结构的嵌入式测控系统。该系统克服了以往系统的缺点，具有可靠性高、动态响应好、扩展能力强、体积小、功耗低等优点，该系统样机已经成功通过了初步测试。论文首先介绍了国内外的容错技术现状，并对舰艇消磁测控系统的需求进行了分析，在此基础上提出了系统控制主机的双冗余控制模块总线分布式结构设计方案，并针对系统技术要求，对磁强计、平台罗经等传感器设备提出了技术改进方案，设计了系统内外部多总线通讯方案。在具体软硬件实现上，系统各模块硬件上全部采用ARM（Advanced RISC Machines）嵌入式微处理器，软件上均采用C/OS-II实时操作系统，从而保证了系统性能可靠、运行稳定。其中控制主机双冗余控制模块采用Atmel公司的AT91RM9200微处理器，并扩展了CAN（Controller Area Network）、以太网等接口，采用CPLD（Complex Programable Logic Device）芯片EPM3064实现可靠双机切换电路和系统状态显示，在软件上通过双机通讯、心跳检测等实现了系统冗余功能。在功能模块中采用集成度较高的LPC2292微处理器，简化了模块设计，提高了可靠性。采用FPGA（Field Programmable Gate Array）芯片EP1C3作为模块配置芯片，使用其内部RAM作为双口RAM实现了控制主机内部高速并行总线，通讯高效可靠。电罗经模块通过实时数字转换舰艇姿态的轴角信号提高了系统的动态响应能力。磁强计采集模块采用了小封装LPC2119微处理器实现了与现场传感器集成设计，使采集精度和速率得到了保证。论文最后对系统进行了可靠性分析和软硬件模拟测试，结果表明系统达到了设计要求，工作稳定可靠。