组态化执行控制系统和方法

文档序号:1963349 发布日期:2021-12-14 浏览:25次 >En<

阅读说明:本技术 组态化执行控制系统和方法 (System and method for controlling configurable execution ) 是由 吴树景 王波兰 卢娥 张帅 赵伟忠 侯如非 胡珊 葛志闪 杨振 于 2021-08-24 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种组态化执行控制系统和方法,包括:数据访问模块:定义及初始化与外界交互的通讯报文及全局变量,包括与人机控制界面交互数据结构、与飞行器交互数据结构;硬件驱动模块:与控制板上的硬件进行直接交互,并对硬件接口进行封装及转换,向用户层提供接口函数;通信交换模块:定义执行控制软件与人机界面软件、飞行器上计算机的通信方式,以及报文的收发逻辑;业务逻辑模块:定义对外部数据指令报文的解析及处理过程。本发明支持多种通信接口的灵活切换及相关参数配置,可供开发人员根据不同项目的多样化需求灵活调整和扩充,兼容多种报文收发逻辑,极大优化软件的调试效率,缩短开发迭代周期。(The invention provides a configuration execution control system and a method, comprising the following steps: a data access module: defining and initializing a communication message and global variables which interact with the outside, wherein the communication message and the global variables comprise a data structure interacting with a human-computer control interface and a data structure interacting with an aircraft; a hardware driving module: directly interacting with hardware on the control panel, packaging and converting a hardware interface, and providing an interface function for a user layer; a communication exchange module: defining the communication mode of the execution control software, the human-computer interface software and the computer on the aircraft and the receiving and sending logic of the message; a service logic module: and defining the analysis and processing process of the external data instruction message. The invention supports the flexible switching of various communication interfaces and the configuration of related parameters, can be flexibly adjusted and expanded by developers according to the diversified requirements of different projects, is compatible with various message transceiving logics, greatly optimizes the debugging efficiency of software and shortens the development iteration cycle.)

组态化执行控制系统和方法

技术领域

本发明涉及无人飞行器控制软件技术领域,具体地,涉及一种组态化执行控制系统和方法。

背景技术

执行控制组合是飞行器控制系统的执行控制中心。执行控制软件在执行组合设备中装载运行,主要完成与人机界面、数据记录设备以及飞行器之间的通信,完成数据处理和设备控制,完成对准、参数装订、起飞等流程控制,检测和监控系统工作状态、设备状态及飞行器状态。

当前,随着项目工程研制周期不断加快,软件运行逻辑日益复杂,能否在有限的时间内面向多元化的软件需求,快速且可靠地研制出执行控制软件并完成系统联试工作,已成为飞行器控制软件研制过程中的难点与热点问题。在飞行器控制系统中,许多控制指令任务须由大量的数字化设备(包括人机界面设备、执行组合设备、导航设备、飞行器嵌入式计算机等)协作完成,设备间通讯方式多为串口通信、以太网通信、1553B通信等,此外报文协议不同、数据传递的流向和规则错综复杂,为设备间的快速稳定交互带来阻碍;面向差异化的控制流程操作需求(如加电、对准、起飞等),能否提取共性特征,开放特殊定制化操作,并以参数配置的形式让软件动态适应不断迭代的软件设计需求,是执行控制软件能否快速开发成型的决定型因素。因此组态式、模块化、可裁剪的多元化软件体系架构,已成为提高开发与对接效率的迫切需求。

综上,面向需求通用,面向连接开放,面向通讯稳定,面向配置灵活,是未来执行控制软件的发展趋势,组态化软件架构已成为执行控制软件发展的必由之路。

专利文献CN106569801B(申请号:CN201610906709.7)公开了一种基于复杂参数的组态化显控系统,包括数据配置模块、控件设计模块、界面配置模块以及显示终端模块。数据配置模块实现对测试覆盖参数、数据帧帧协议、参数处理公式以及用户登录权限的配置。控件设计模块实现组态化控件设计,支持用户自定义控件。界面配置模块用于快速配置满足测试任务的终端界面。显示终端模块加载当前用户可访问的测试任务终端界面,与数据中心进行交互,接收每个组态化控件发送的测试参数数据和属性,并进行显示。然而该专利在面对设备间多种通讯方式、不同报文协议、不同流向和规则的数据传递、差异化的控制流程操作需求时,无法满足控制的需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种组态化执行控制系统和方法。

根据本发明提供的组态化执行控制系统,包括:

数据访问模块:定义及初始化与外界交互的通讯报文及全局变量,包括与人机控制界面交互数据结构、与飞行器交互数据结构;

硬件驱动模块:与控制板上的硬件进行直接交互,并对硬件接口进行封装及转换,向用户层提供接口函数;

通信交换模块:定义执行控制软件与人机界面软件、飞行器上计算机的通信方式,以及报文的收发逻辑;

业务逻辑模块:定义对外部数据指令报文的解析及处理过程。

优选的,所述硬件驱动模块包括:IO读写模块、存储检测模块和定时器模块;

所述IO读写模块,用于进行加断电硬件IO操作,并对各端口IO信号进行读取,对加断电执行结果及故障信息进行检测及监控;

所述存储检测模块,用于对文件存储磁盘进行读写安全性及正确性检测,对参数文件读写可靠性进行保障;

所述定时器模块,用于在指定时间间隔处释放信号量,用以操纵控制系统与飞行器进行周期性通讯及控制。

优选的,所述通信交换模块包括:1553B通信模块、以太网通信模块和串口通信模块;

所述1553B通信模块,用于与具有1553B通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理;

所述以太网通信模块,用于与具有以太网通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理;

所述串口通信模块,用于与具有串行通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理。

优选的,所述1553B通信模块包括:

初始化1553B周期发送数据链:根据人机界面对1553B消息序号的配置情况,遍历全部已设置的消息序号,绑定各消息对应的子地址、报文长度和传输方向,并对1553B循环链路中的前后关系进行连接,最后以BC_CB格式写入总线;

发送1553B数据:首先写入1553B数据,对总线上的报文进行刷新,将数据结构内容及长度转换为CDP格式,计算1553B报文校验和并填入尾部,以CDP数据状态写入1553B总线,写入后,将相应的报文发送至指定的目标地址;

读取1553B数据:首先通过矢量字获取需读取的接收消息序号,将矢量字消息序号对应的报文转换为CDP格式,根据矢量字报文获取举手的子地址后,触发对应中断,并获取举手对应的消息序号;接着读取1553B数据,将接收的1553B报文读取成CDP格式,计算并核验校验和,转换为CHAR格式后输出读取的报文。

优选的,所述业务逻辑模块包括:人机界面软件报文解析处理模块和飞行器报文解析处理模块;

所述人机界面软件报文解析处理模块,用于解析来自操作手人机界面的控制命令报文,以此获悉需向飞行器下达的指令;

所述飞行器报文解析处理模块,用于解析来自飞行器的状态信息,以此获悉飞行器当前的运作状态,以便于向操作手人机界面进行反馈。

根据本发明提供的组态化执行控制方法,包括:

数据访问步骤:定义及初始化与外界交互的通讯报文及全局变量,包括与人机控制界面交互数据结构、与飞行器交互数据结构;

硬件驱动步骤:与控制板上的硬件进行直接交互,并对硬件接口进行封装及转换,向用户层提供接口函数;

通信交换步骤:定义执行控制软件与人机界面软件、飞行器上计算机的通信方式,以及报文的收发逻辑;

业务逻辑步骤:定义对外部数据指令报文的解析及处理过程。

优选的,所述硬件驱动步骤包括:

IO读写步骤,进行加断电硬件IO操作,并对各端口IO信号进行读取,对加断电执行结果及故障信息进行检测及监控;

存储检测步骤,对文件存储磁盘进行读写安全性及正确性检测,对参数文件读写可靠性进行保障;

定时器步骤,在指定时间间隔处释放信号量,用以操纵控制系统与飞行器进行周期性通讯及控制。

优选的,所述通信交换步骤包括:

1553B通信步骤,与具有1553B通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理;

以太网通信步骤,与具有以太网通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理;

串口通信步骤,与具有串行通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理。

优选的,所述1553B通信步骤包括:

初始化1553B周期发送数据链:根据人机界面对1553B消息序号的配置情况,遍历全部已设置的消息序号,绑定各消息对应的子地址、报文长度和传输方向,并对1553B循环链路中的前后关系进行连接,最后以BC_CB格式写入总线;

发送1553B数据:首先写入1553B数据,对总线上的报文进行刷新,将数据结构内容及长度转换为CDP格式,计算1553B报文校验和并填入尾部,以CDP数据状态写入1553B总线,写入后,将相应的报文发送至指定的目标地址;

读取1553B数据:首先通过矢量字获取需读取的接收消息序号,将矢量字消息序号对应的报文转换为CDP格式,根据矢量字报文获取举手的子地址后,触发对应中断,并获取举手对应的消息序号;接着读取1553B数据,将接收的1553B报文读取成CDP格式,计算并核验校验和,转换为CHAR格式后输出读取的报文。

优选的,所述业务逻辑步骤包括:

人机界面软件报文解析处理步骤,解析来自操作手人机界面的控制命令报文,以此获悉需向飞行器下达的指令;

飞行器报文解析处理步骤,解析来自飞行器的状态信息,以此获悉飞行器当前的运作状态,以便于向操作手人机界面进行反馈。

与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:

(1)本发明使用通用框架的软件架构,通过配置不同型号飞行器需装订的参数,可动态适应多种类型飞行器的状态管理、弹射流程控制、信息处理和信息交换等任务,无需修改及编译程序便可重新定义软件的流程细节;

(2)本发明既为各产品间的共性需求整合了可重用模块,也为个性化需求开放了可扩展接口,从而在可重用性与灵活性间得到一个良好平衡,极大提升执行控制软件的便捷化、通用化和透明化程度;

(3)本发明提出的一种组态化、可扩展、通用型的执行控制软件,可适应各类型飞行器的通讯、交互、控制等方面的差异化需求,实现了快速、可靠、便捷的可迭代式开发。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为组态化执行控制软件架构图;

图2为定制化数据缓冲容器结构图;

图3为1553B通讯模块示意图;

图4为扩展式报文解析模块示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例:

根据本发明提供的组态化执行控制系统,包括:

请参考图1,设计自顶向下、单向依赖的组态化执行控制软件架构,各个软件执行机构以可裁剪组件的形式存在,供二次开发者自由组合。其中单个方框代表一个软件模块,虚线方框标识的均为可扩展的模块。整体组态化架构划分为4层:

1)数据访问层:用于定义及初始化与外界交互的通讯报文及全局变量。包含:与人机控制界面交互数据结构、与飞行器交互数据结构;

2)硬件驱动层:用于与控制板上的硬件模块进行直接交互,并对硬件操作的复杂接口进行封装及转换后,向用户层提供简单易用、参数清晰的接口函数。包含:IO读写模块、存储检测模块、定时器模块;

3)通信交换层:用于定义执行控制软件与人机界面软件、飞行器上计算机等外围设备的多种主流通信方式,以及报文的收发逻辑等。包含:1553B通信模块、以太网通信模块、串口通信模块;

4)业务逻辑层:用于定义对外部数据指令报文的解析及处理过程。包含:人机界面软件报文解析处理模块、飞行器报文解析处理模块。

请参考图2,由于在本软件已集成的3种通信方式中,1553B通信相较于其它2类通信方式,配置信息更复杂、交互方式更丰富,故单独为其构建1553B通信操作模块,开放3种主要操作接口:

1)初始化1553B周期发送数据链。根据人机界面对1553B消息序号的配置情况,遍历全部已设置的消息序号,绑定各消息对应的子地址、报文长度、传输方向等信息,并对1553B循环链路中的前后关系进行连接,最后以BC_CB格式写入总线;

2)发送1553B数据。首先,写入1553B数据,对总线上的报文进行刷新,将数据结构内容及长度转换为CDP格式,计算1553B报文校验和并填入尾部,以CDP数据状态写入1553B总线。写入后,将相应的报文发送至指定的目标地址;

3)读取1553B数据。首先,通过矢量字获取需读取的接收消息序号,将矢量字消息序号对应的报文转换为CDP格式,根据矢量字报文获取举手的子地址后,触发对应中断,并获取举手对应的消息序号;接着,读取1553B数据,将接收的1553B报文读取成CDP格式,计算并核验校验和,转换为CHAR格式后输出读取的报文。

请参考图3,设计以队列为模板的自定义数据缓冲容器,用于存放直接来自通讯接收通道的、等待拼帧组包及分帧拆包的原始数据。该数据缓冲容器提供的操作接口包含:

1)只读接口:DataStart(已存数据的起始位置)、DataEnd(待存数据的起始位置)、get[n](取第n个位置的字节数据)、HasSize(容器中已存的数据长度)、RemainSize(容器中尚可存的数据长度);

2)可写接口:Pop(头部数据出列)、Push(尾部数据入列)、Clear(清空队中数据)。

请参考图4,设计以通用化流程模板为指导、细节步骤可供扩展的报文解析框架。通用化流程模板如左侧虚线框所示,相关步骤包括:

1)检验数据容器头部是否有数据;

2)若上一步检验通过,清空报文头部的无效报文;

3)检验当前数据容器中是否已具备可读取的最小长度;

4)若上一步检验通过,检验是否成功获取头部的第1条完整报文;

5)若上一步检验通过,对该条报文作详细解析处理;

6)回到第1)步,继续解析下一条报文。

通用化流程目标的扩展示例见图4右所示。

本发明面向执行控制软件快速开发及可裁剪的需求。设计组态化的执行控制软件架构,将可重用的模块设计为参数化组件,供二次开发时灵活重组,从而极大提高开发效率。本发明面向执行控制软件与其他设备间通讯方式的差异。集成3种常用通讯软件模块:串口通信模块、以太网通信模块和1553B通信模块。各模块均采用多态技术,对驱动层进行封装,为逻辑层提供接口,提供统一的双向收发接口和报文解析逻辑框架。本发明面向执行控制软件控制流程上的宏观共性与微观差异。一方面,提取各飞行器型号间的共性部分,包含:报文缓冲容器、IO读写、定时器、存储设备等通用化模块;另一方面,将差异化部分抽象为可扩展的模块等待填充,包含:报文拼帧组包/分帧拆包/校验过程、与飞行器控制令交互、数据结构定义等可扩展模块。本发明支持多种通信方式,使用抽象接口将各项目的共性与个性需求进行提取与整合,提供可裁剪、可扩展的开发架构。其中,基于面向对象技术和模块化思想构建组态化架构,开发人员可根据不同任务的多样化需求灵活调整,有效缩短开发周期,提高调试效率。本发明可根据各飞行器控制任务的通讯方式差异化需求,借助显控报文参数设置,在串口通信、以太网通信、1553B通信三种与弹的通信方式间灵活切换。其中,各通信方式均以面向对象技术封装成类,并将差异化设置提取为参数,供设计人员进行快速参数化配置和复制。且提供了统一的收发交互接口,便于跨接口通讯。本发明可根据各型号武器的报文协议差异化需求,对报文收发时的拼帧组包、分帧拆包以及校验等操作进行定制化的扩展。其中,以可定制数据容器缓冲对报文进行缓冲,且可依据已搭建好的报文解析框架,进行有指导性的多态继承化设计。本发明可根据各型号武器控制流程的差异化需求,对加电、对准、点火等控制步骤、次序及优先级等,进行可裁剪式的组态化配置与编程。其中,将IO操作、定时器检查等部件封装为软件模块,以接口的形式连接硬件驱动与业务逻辑,实现软硬件的灵活解耦。

根据本发明提供的组态化执行控制方法,包括:数据访问步骤:定义及初始化与外界交互的通讯报文及全局变量,包括与人机控制界面交互数据结构、与飞行器交互数据结构;硬件驱动步骤:与控制板上的硬件进行直接交互,并对硬件接口进行封装及转换,向用户层提供接口函数;通信交换步骤:定义执行控制软件与人机界面软件、飞行器上计算机的通信方式,以及报文的收发逻辑;业务逻辑步骤:定义对外部数据指令报文的解析及处理过程。

所述硬件驱动步骤包括:IO读写步骤,进行加断电硬件IO操作,并对各端口IO信号进行读取,对加断电执行结果及故障信息进行检测及监控;存储检测步骤,对文件存储磁盘进行读写安全性及正确性检测,对参数文件读写可靠性进行保障;定时器步骤,在指定时间间隔处释放信号量,用以操纵控制系统与飞行器进行周期性通讯及控制。

所述通信交换步骤包括:1553B通信步骤,与具有1553B通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理;以太网通信步骤,与具有以太网通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理;串口通信步骤,与具有串行通讯接口的飞行器进行数据收发及报文控制处理。

所述1553B通信步骤包括:初始化1553B周期发送数据链:根据人机界面对1553B消息序号的配置情况,遍历全部已设置的消息序号,绑定各消息对应的子地址、报文长度和传输方向,并对1553B循环链路中的前后关系进行连接,最后以BC_CB格式写入总线;发送1553B数据:首先写入1553B数据,对总线上的报文进行刷新,将数据结构内容及长度转换为CDP格式,计算1553B报文校验和并填入尾部,以CDP数据状态写入1553B总线,写入后,将相应的报文发送至指定的目标地址;读取1553B数据:首先通过矢量字获取需读取的接收消息序号,将矢量字消息序号对应的报文转换为CDP格式,根据矢量字报文获取举手的子地址后,触发对应中断,并获取举手对应的消息序号;接着读取1553B数据,将接收的1553B报文读取成CDP格式,计算并核验校验和,转换为CHAR格式后输出读取的报文。

所述业务逻辑步骤包括:人机界面软件报文解析处理步骤,解析来自操作手人机界面的控制命令报文,以此获悉需向飞行器下达的指令;飞行器报文解析处理步骤,解析来自飞行器的状态信息,以此获悉飞行器当前的运作状态,以便于向操作手人机界面进行反馈。

本领域技术人员知道,除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外,完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以,本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件,而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构;也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

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