航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及記錄技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在國外，從上世紀(jì)年代末，首先在軍用方面固態(tài)數(shù)據(jù)記錄儀上研制發(fā)展到今天，隨著多項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，存儲(chǔ)芯片邏輯控制時(shí)序復(fù)雜以及讀寫速度慢等問題的解決，以及斷電后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)得以保存、集成化程度高、低功耗和價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)也促使其在多個(gè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。
[0003]存儲(chǔ)介質(zhì)的使用包括靜態(tài)存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)器等，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，從軍事上的應(yīng)用逐步發(fā)展到了到民用領(lǐng)域，并且在武器系統(tǒng)、無人機(jī)、衛(wèi)星、航空、航天、深海探測等方面也有很多的應(yīng)用。另外，一些在特殊、惡劣環(huán)境要求下的記錄儀產(chǎn)品也不斷出現(xiàn)。
[0004]現(xiàn)有的航空應(yīng)用記錄儀產(chǎn)品技術(shù)的缺陷如下:
[0005]1、傳統(tǒng)SD卡設(shè)備環(huán)境特性不足，可靠性不夠。
[0006]2、FLASH設(shè)備也有易用性不足，管理復(fù)雜，速率不夠，存在無效壞塊等缺陷。
[0007]3、系統(tǒng)需要解決高速率存儲(chǔ)狀況的時(shí)序和邏輯問題。
[0008]4、系統(tǒng)需要解決采集數(shù)據(jù)可靠性完整性問題。
[0009]5、FLASH介質(zhì)需要解決重復(fù)上電和存滿問題。
[0010]6、讀取接口設(shè)計(jì)問題，包括可靠性，高速性能等。
[0011]7、機(jī)載等極限環(huán)境的抗干擾性能。
[0012]8、系統(tǒng)整體可靠性設(shè)計(jì)要求，包括抗沖擊振動(dòng)、高低溫等。
[0013]9、系統(tǒng)重量、體積、防水等適用性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0015]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，具有高速數(shù)據(jù)傳輸、高可靠性和抗干擾性的特點(diǎn)。
[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面的實(shí)施例提供一種航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，包括:NAND-FLASH模塊；第一電平轉(zhuǎn)換電路，所述第一電平轉(zhuǎn)換電路與設(shè)置口相連，在檢測到所述設(shè)置口有設(shè)置數(shù)據(jù)輸入時(shí)，對(duì)該設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換；第二電平轉(zhuǎn)換電路，所述第二電平轉(zhuǎn)換電路與第一通訊口相連，在檢測到所述第一通訊口有通訊數(shù)據(jù)輸入時(shí)，對(duì)該通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換；第三電平轉(zhuǎn)換電路，所述第三電平轉(zhuǎn)換電路與第二通訊口相連，在檢測到所述第二通訊口有通訊數(shù)據(jù)輸入時(shí)，對(duì)該通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換；處理模塊，所述處理模塊與所述第一電平轉(zhuǎn)換電路、第二電平轉(zhuǎn)換電路、第三電平轉(zhuǎn)換電路和所述NAND-FLASH模塊進(jìn)行雙向通信，用于接收電平轉(zhuǎn)換后的設(shè)置數(shù)據(jù)和通訊數(shù)據(jù)，將所述設(shè)置數(shù)據(jù)和通訊數(shù)據(jù)以直接內(nèi)存存取DMA的方式傳輸?shù)絻?nèi)存中，采用乒乓緩存方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交替存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)完整的寫入到所述NAND-FLASH模塊中；上位機(jī)，所述上位機(jī)與所述處理模塊進(jìn)行通信，用于設(shè)置所述處理模塊的工作參數(shù)。
[0017]進(jìn)一步，所述上位機(jī)設(shè)置所述處理模塊的工作參數(shù)，包括:通訊口波特率和時(shí)間。
[0018]進(jìn)一步，所述處理模塊采用ARM處理器。
[0019]進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例的航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，還包括:外部存儲(chǔ)設(shè)備，所述外部存儲(chǔ)設(shè)備與所述處理模塊相連，用于讀取所述設(shè)置數(shù)據(jù)和通訊數(shù)據(jù)。
[0020]進(jìn)一步，所述外部存儲(chǔ)設(shè)備為USB設(shè)備或SD卡。
[0021]進(jìn)一步，對(duì)所述NAND-FLASH模塊中的無效塊的地址信息進(jìn)行檢測和實(shí)時(shí)更新以避免數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到上述無效塊中，然后自動(dòng)進(jìn)入寫時(shí)序操作，從指定的存儲(chǔ)位置開始寫，直至完成全部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
[0022]進(jìn)一步，本發(fā)明實(shí)施例的航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，還包括:殼體，所述NAND-FLASH模塊、第一電平轉(zhuǎn)換電路、第二電平轉(zhuǎn)換電路、第三電平轉(zhuǎn)換電路和處理模塊均位于所述殼體內(nèi)。
[0023]進(jìn)一步，所述殼體采用高強(qiáng)度航空鋁制成。
[0024]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，采用NAND-FLASH存儲(chǔ)，具有高速讀寫功能，并且具有重復(fù)存儲(chǔ)機(jī)制和重復(fù)加電設(shè)計(jì)，考慮到機(jī)載、彈載環(huán)境使用較多，在設(shè)計(jì)和原材料選型以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，在滿足可靠性的條件下，將重量減到了最低。本發(fā)明對(duì)容量進(jìn)行按需擴(kuò)張，存儲(chǔ)容量可做到2-128G不等，滿足IP65級(jí)別的防水防塵要求，可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集及全速USB讀取。此外，本發(fā)明采用USB設(shè)備，具有即插即用和高易用性的特點(diǎn)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和異常檢測，可靠性高。并且可實(shí)現(xiàn)雙存儲(chǔ)備份，保證數(shù)據(jù)萬無一失，實(shí)現(xiàn)雙路輸入功能，滿足客戶不同需求。
[0025]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0026]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0027]圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的航空數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，包括:NAND-FLASH模塊1、第一電平轉(zhuǎn)換電路2、第二電平轉(zhuǎn)換電路3、第三電平轉(zhuǎn)換電路4、處理模塊5和上位機(jī)6。
[0031]具體地，第一電平轉(zhuǎn)換電路2與設(shè)置口相連，在檢測到設(shè)置口有設(shè)置數(shù)據(jù)輸入時(shí)，對(duì)該設(shè)置數(shù)據(jù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
[0032]第二電平轉(zhuǎn)換電路3與第一通訊口相連，在檢測到第一通訊口有通訊數(shù)據(jù)輸入時(shí)，對(duì)該通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換.
[0033]第三電平轉(zhuǎn)換電路4與第二通訊口相連，在檢測到第二通訊口有通訊數(shù)據(jù)輸入時(shí)，對(duì)該通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
[0034]處理模塊5與第一電平轉(zhuǎn)換電路2、第二電平轉(zhuǎn)換電路3、第三電平轉(zhuǎn)換電路4和NAND-FLASH模塊1進(jìn)行雙向通信，用于接收電平轉(zhuǎn)換后的設(shè)置數(shù)據(jù)和通訊數(shù)據(jù)，其中，處理模塊5可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙串口數(shù)據(jù)量的接收和存儲(chǔ)，波特率最高達(dá)460800bps-921600bps，通訊方式為RS232或RS422信號(hào)，可以能保證無數(shù)據(jù)字節(jié)丟失。
[0035]具體地，處理模塊5將設(shè)置數(shù)據(jù)和通訊數(shù)據(jù)以直接內(nèi)存存取DMA的方式傳輸?shù)絻?nèi)存中，采用乒乓緩存方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交替存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)完整的寫入到NAND-FLASH模塊1中。
[0036]下面對(duì)NAND-FLASH模塊1的性能進(jìn)行說明。
[0037]航空航天工程應(yīng)用中需要采集大量數(shù)據(jù)，受地面接收臺(tái)站數(shù)量、分布、傳輸速率或數(shù)據(jù)中繼可用性的限制，在許多場合要求飛行器具有高速大容量數(shù)據(jù)記錄的能力。固態(tài)記錄器以半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片作為存儲(chǔ)介質(zhì)，無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，因而逐漸成為飛行器上數(shù)據(jù)記錄的主流方案。
[0038]NANDFLASH作為一種新興的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，具有高容量密度的非易失性存儲(chǔ)能力，功耗小、成本低、壽命長和抗震動(dòng)等特點(diǎn)，是苛刻環(huán)境儲(chǔ)存介質(zhì)的最佳選擇。
[0039]Flash的寫入編程方式通常有兩種:按字節(jié)寫入編程方式和按扇區(qū)寫入編程方式。根據(jù)芯片寫入編程方式的不同，高速寫入電路的原理略有不同。
[0040]按字節(jié)寫入編程的Flash器件的高速寫入電路的設(shè)計(jì)思路，可將Flash的連續(xù)寫入速度提高2n倍。
[0041]對(duì)于按扇區(qū)寫入編程方式的Flash存儲(chǔ)器，每個(gè)區(qū)內(nèi)Flash的芯片相鄰地址的存儲(chǔ)單元的總線地址按扇區(qū)連續(xù)，而片內(nèi)相鄰扇區(qū)總線地址則不連續(xù)，此方法可將Flash的連續(xù)寫入速度提高2kX2n倍。
[0042]對(duì)NAND-FLASH模塊1操作主要包括:無效塊信息列表的檢測及動(dòng)態(tài)更新、存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)寫、讀及擦除等方面。
[0043]由于NAND-FLASH模塊1存儲(chǔ)建立文件系統(tǒng)會(huì)大大減低存儲(chǔ)速率，且降低整體可靠性，但無文件系統(tǒng)會(huì)發(fā)生二次加電覆蓋的問題。在實(shí)際飛行過程中，由于環(huán)境復(fù)雜，多種特殊原因可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)重復(fù)上電觸發(fā)的問題，此時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)先前采集存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)被二次上電后數(shù)據(jù)部分覆蓋的后果。
[0044]為解決上述問題，本發(fā)明采用將存儲(chǔ)區(qū)塊進(jìn)行邏輯記錄的方法，可以解決該問題。通過在處理模塊5中開辟了邏輯記錄區(qū)，對(duì)扇區(qū)進(jìn)行使用記錄，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)多次上電、并能準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)。同時(shí)可保證存儲(chǔ)介質(zhì)存滿后，進(jìn)行循環(huán)記錄，智能擦除較早扇區(qū)，并不影響本次存儲(chǔ)試驗(yàn)過程。
[0045]NAND-FLASH模塊1在使用過程中會(huì)出現(xiàn)無效塊。無效塊是指一個(gè)塊中存在一個(gè)或多個(gè)無效位，這是此類存儲(chǔ)芯片的固有特性，并且在后續(xù)的使用過程中會(huì)處于不斷變化的狀態(tài)，其可靠性不能得到保證，必須加以標(biāo)識(shí)、旁路并進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。為了保證采集和接收到的數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確和安全地進(jìn)行存儲(chǔ)，需要對(duì)存儲(chǔ)芯片建立對(duì)壞塊地址信息列表進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新和管理的機(jī)制。
[0046]具體地，NAND-FLASH模塊1中的無效塊的地址信息進(jìn)行檢測和實(shí)時(shí)更新以避免數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到上述無效塊中，然后自動(dòng)進(jìn)入寫時(shí)序操作，從指定的存儲(chǔ)位置開始寫，直至完成全部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
[0047]對(duì)于系統(tǒng)的整個(gè)工作時(shí)序來說，首先在每次初始化和使用過程中獲取的壞塊地址信息存放到這些專門的存儲(chǔ)區(qū)域中，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取的時(shí)候，先對(duì)無效塊地址信息列表進(jìn)行讀取，從而實(shí)現(xiàn)了無效塊地址信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，使得整個(gè)數(shù)據(jù)的寫入、讀取操作過程避免上述無效塊，提高數(shù)據(jù)讀寫的準(zhǔn)確性和可靠性。然后自動(dòng)進(jìn)入寫時(shí)序操作，從指定的存儲(chǔ)位置開始寫，直至整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完成。
[0048]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，處理模塊5可以米用ARM處理器。例如:型號(hào)為STM32VET6 的 ARM 處理器。
[0049]ARM處理器的數(shù)據(jù)處理具有實(shí)時(shí)性，高速率等特點(diǎn)，因?yàn)樵紨?shù)據(jù)在內(nèi)存緩沖區(qū)中是周期性刷新的，且數(shù)據(jù)的寫入存儲(chǔ)需要消耗一定的時(shí)間。如果不及時(shí)處理，則非但不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測存儲(chǔ)功能，而且會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失，嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常工作。因此，必須采用一定的方法來解決數(shù)據(jù)采集、接收和存儲(chǔ)在時(shí)序上的矛盾和沖突。
[0050]本發(fā)明采用DMA傳輸和乒乓存儲(chǔ)方式為數(shù)據(jù)在外設(shè)和內(nèi)存、內(nèi)存和內(nèi)存之間的高速傳輸提供了一種很好的解決途徑和方法。對(duì)于串口數(shù)據(jù)接收方式，采用了 DMA中斷的方式，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸，能夠保證完整地串口數(shù)據(jù)進(jìn)行接收存儲(chǔ)。
[0051]ARM處理器監(jiān)測設(shè)置口、第一和第二通訊口，如串口有數(shù)據(jù)輸入，則通過DM