基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、双核飞行控制软件任务划分；步骤二、飞行控制软件双核通信机制设计；步骤三、飞行控制软件双核数据共享机制；步骤四、飞行控制软件双核可靠性设计。本发明专利技术双核硬件条件下按照以上方法进行飞行控制软件架构设计能显著降低单个核心使用率，双核CPU占用率趋于平均，程序获得更好的时间性能。

Architecture of embedded dual core flight control software based on high speed Linkport interface

The invention discloses a dual core embedded flight control software architecture for high speed based on Linkport interface, the method comprises the following steps: 1, dual flight control software task division; step two, the flight control software design of dual core communication mechanism; step three, the flight control software for dual core data sharing mechanism; step four, the flight control software dual reliability design. Under the dual core hardware condition of the invention, the flight control software architecture design according to the above method can significantly reduce the utilization rate of a single core, the dual core CPU occupancy rate tends to average, and the program obtains better time performance.

【技术实现步骤摘要】
基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法
本专利技术涉及无人机飞行控制软件领域，具体涉及一种基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法。
技术介绍
飞行控制计算机是无人机飞行控制系统的核心部分。随着无人机飞行包线的扩大以及任务环境的愈加复杂，对飞行控制计算机的硬件平台和软件平台的性能提出了新的更高要求，其性能的好坏直接决定着无人机能否可靠地完成飞行任务。传统的控制系统中，单核处理器架构是主流，除了通过提升处理器主频来提高系统的响应速度，还可以通过使用抢占式实时操作系统、引入多线程、改进系统任务调度策略等软件方法来进一步提高系统性能。但随着应用不断复杂，控制精度要求不断提高，有限的系统资源成为系统性能提升的最大瓶颈。通过分析目前传统的单核飞行控制软件主要有以下不足：1)单CPU处理飞行控制任务时由于需要处理大量的数据，造成单个核在处理以上任务时存在实时性较低问题；2)单核处理飞行任务时，如果CPU出现问题，则整个系统崩溃，造成系统可靠性低的问题；3)单核处理飞行任务时，由于单核本身的系统资源被飞行任务抢占，所以单核的系统扩展性与灵活性较差。随着双核架构应用的不断推广，同时双核微处理器技术逐渐成熟，如何设计稳定高效的双核系统软件架构克服单核存在的问题成为当前研究的重点。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、双核飞行控制软件任务划分将双核中的主核用于飞行控制，从核用于实现导航解算；步骤二、飞行控制软件双核通信机制设计在基于Linkport接口通信的基础上设计可靠通信协议与无回复通信协议；步骤三、飞行控制软件双核数据共享机制设置双缓存信号量机制；步骤四、飞行控制软件双核可靠性设计通过实时监控通信故障并重启核间通信，保障核间可靠通信；通过程序运行启动校验机制，保障双核可靠启动；通过主核监控从核运行监控机制，保障双核可靠运行。更进一步的技术方案是所述步骤一包括：主核完成从核组合导航数据、控制规律解算、舵机控制规律解算；从核完成IMU数据、GPS数据采集、组合导航解算、输出导航数据至主核。更进一步的技术方案是所述步骤二包括：双核通信通过高速Linkport口，并配合数据传输中断进行通讯，当主核需要将数据传输给从核时，主核将固定2K数据封装到Linkport数据接口中，传输完成后，对从核发出数据传输完成中断，当从核接收到此中断后，认为数据已经传输完成，并从Linkport接口中读取固定2K数据，传输过程完成。更进一步的技术方案是从核将数据传输至主核的传输方式与主核将数据传输至从核的传输方式相同。更进一步的技术方案是所述步骤二中可靠传输通讯协议是将要发送的数据进行数据分包，将数据分成固定2K大小的数据包，按照帧协议进行数据组帧；当接收方收到此数据后首先进行帧头校验判断，如果帧头校验错误，发送错误接收指令请求发送方重新发送数据；如果判断正确则向接收方发送数据接收正确指令，接收发收到正确指令后，开始发送下一包数据；如果接收方接收的数据帧头校验正确，帧内容判断错误则会发送数据请求指令，接收方接收到命令后发送请求帧所指向的数据帧；当所有数据传输完成后，发送方请求接收方发送回传总数据CRC校验码，发送方接收CRC码并计算发送总数据的CRC码，比对正确后，传输完成。更进一步的技术方案是所述步骤二中无回复通信协议是通讯数据按照2K数据帧格式单方发送数据，接收方只判断帧头与校验和。更进一步的技术方案是所述步骤三中所述双缓存信号量机制包括：设置A、B双缓存、锁标志位与访问标志位，当写入线程访问临界区时，判断是否加锁，如果为锁状态表示主函数正在读取临界区内容则写入访问标志位的另一个区，并设置访问标志位为刚写入区的标记；当读取线程时，首先加锁，然后读取访问标志位所指数据后解锁。更进一步的技术方案是所述步骤四包括：进入飞行任务流程后，从核按间隔发送组合导航数据以及中间结果数据至主核，主核设置为中断接收从核数据，如果接收中断与接收数据正确，则计数器清零，同时另一路监控中断则负责计数器累加，如果计数器累加量大于限制，则认为通信故障，执行主核、从核通信接口重启代码，重启核间通信，保障核间可靠通信。更进一步的技术方案是所述步骤四包括：一方程序上电后需要等待另一方程序运行，双方同时通过后，双核飞行程序开始运行，否则双方程序均不运行，保障双核可靠启动。更进一步的技术方案是所述步骤四包括：主核监控从核预定时间的运行预设信号，如果连续5个周期未能收到从核的预设信号，则认为从核已经运行异常，主核发送从核重启信号，强制从核重启，重启后将从核运行的预存储数据发送给从核，从核使用所述预存储数据恢复至重启前状态，恢复组合导航解算，保障双核可靠运行。与现有技术相比，本专利技术实施例的有益效果之一是：本专利技术首先进行了双核CPU软件功能划分，设计结果表明多核CPU功能划分合理，有效降低核间通信数据量；起飞后对核间数据的实时性、正确性依赖较小能有效提高系统的可靠性；其次针对核间通信制定了两种核间通信模式即可靠通信模式与无回复通信模式；前者适用于核间关键数据的传输；后者适用于异步运行的双核通信，虽降低通信可靠性但有效提高传输的实时性；最后针对核间数据交互临界区进行了设计，设计了一种双缓存加锁机制解决双线程冲突问题，解决双线程引起的数据不一致问题的同时，能有效提高系统的实时性，避免了线程等待引起超时问题。针对多核特性进行了可靠性设计，核间通信设计了类似“看门狗”技术，提高核间通信可靠性；设计了双核启动校验，防止单个核心启动发生未知错误；设计了双核运行监控机制，设计了核间运行监控可靠性设计，主核监控从核运行设计，有效解决从核运行错误情况下，系统失效问题。飞行控制软件经过测试，根据双核功能划分分别对主核从核进行了测试，双核功能均满足需求。最后对空间性能进行了详细分析，并与传统单核模式下空间性能进行了对比，结果表明双核硬件条件下按照以上方法进行飞行控制软件架构设计能显著减小单个核心的程序空间，使得内存空间使用更加合理，程序获得更好的空间性能。对时间性能进行了详细分析，并与传统单核模式下时间性能进行了对比，结果表明双核硬件条件下按照以上方法进行飞行控制软件架构设计能显著降低单个核心使用率，双核CPU占用率趋于平均，程序获得更好的时间性能。附图说明图1为本专利技术一个实施例中双核飞行控制软件功能架构示意图。图2为本专利技术一个实施例中双缓存机制解决多线程冲突示意图。图3为本专利技术一个实施例中主核监控从核运行的监控机制数据流图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。本实施例公开一种基于高速Linkport接口的嵌入式双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：步骤一、双核飞行控制软件任务划分将双核中的主核用于飞行控制，从核用于实现导航解算；步骤二、飞行控制软件双核通信机制设计在基于Linkport接口通信的基础上设计可靠通信协议与无回复通信协议；步骤三、飞行控制软件双核数据共享机制设置双缓存信号量机制；步骤四、飞行控制软件双核可靠性设计通过实时监控通信故障并重启核间通信，保障核间可靠通信；通过程序运行启动校验机制，保障双核可靠启动；通过主核监控从核运行监控机制，保障双核可靠运行。

【技术特征摘要】
1.一种基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：步骤一、双核飞行控制软件任务划分将双核中的主核用于飞行控制，从核用于实现导航解算；步骤二、飞行控制软件双核通信机制设计在基于Linkport接口通信的基础上设计可靠通信协议与无回复通信协议；步骤三、飞行控制软件双核数据共享机制设置双缓存信号量机制；步骤四、飞行控制软件双核可靠性设计通过实时监控通信故障并重启核间通信，保障核间可靠通信；通过程序运行启动校验机制，保障双核可靠启动；通过主核监控从核运行监控机制，保障双核可靠运行。2.根据权利要求1所述的基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法，其特征在于所述的步骤一包括：主核完成从核组合导航数据、控制规律解算、舵机控制规律解算；从核完成IMU数据、GPS数据采集、组合导航解算、输出导航数据至主核。3.根据权利要求1所述的基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法，其特征在于所述的步骤二包括：双核通信通过高速Linkport口，并配合数据传输中断进行通讯，当主核需要将数据传输给从核时，主核将固定2K数据封装到Linkport数据接口中，传输完成后，对从核发出数据传输完成中断，当从核接收到此中断后，认为数据已经传输完成，并从Linkport接口中读取固定2K数据，传输过程完成。4.根据权利要求3所述的基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法，其特征在于从核将数据传输至主核的传输方式与主核将数据传输至从核的传输方式相同。5.根据权利要求1所述的基于高速Linkport接口的嵌入式双核飞行控制软件架构方法，其特征在于所述步骤二中可靠传输通讯协议是将要发送的数据进行数据分包，将数据分成固定2K大小的数据包，按照帧协议进行数据组帧；当接收方收到此数据后首先进行帧头校验判断，如果帧头校验错误，发送错误接收指令请求发送方重新发送数据；如果判断正确则向接收方发送数据接收正确指令，接收发收到正确指令后，开始发送下一包数据；如果接收方接收的数据帧头校验正确，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，姚天问，敖永才，钟敏，
申请(专利权)人：四川航天系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51