基于PC104模块的火控计算机软硬件设计分析

2020-01-02钟继刚

数字通信世界 2020年3期

钟继刚

（淮北职业技术学院，淮北 235000）

在整个防空高炮武器系统架构当中，火控计算机为其控制核心，是决定战斗力能否形成的基础前提，其发展主要经历了三个阶段，分别为机电模拟解算仪、机械模拟解算仪与数字解算仪。在我军当前所装备的诸多高炮火控系统当中，大量采用了数字解算仪。但受限于当前的技术条件，数字解算仪（当前称之为火控计算机）其所选用的处理器，大多是8086CPU（INTEL公司产）。当需要指出的是，随着技术的日新月异，许多新理念在其中得到较好应用。本文围绕火控计算机，基于PC104模块，对其软、硬件进行设计探讨。

1 火控计算机概述

1.1 工作原理及构成

火控计算机能够在信号实时同步条件下，接收光电跟踪系统或雷达所捕获的各种坐标信息，如D、β、ε等，然后借助轴角编码器，适时向数字量转换，并传送给运算控制器，由其将目标的运动参数给计算出来；此外，其还能根据目标当前的运动轨迹，结合弹道射表，将目标的射击诸元计算出来，向输出控制组合实时输送，而对于输出控制组合而言，则对原火炮位置及此数据实施插值加密，最后通过D/A变换，功率驱动后控制火炮，将方向指向目标。在高炮防空武器系统中，火控计算机为其控制核心，其由操控台、输出控制组合、火控运算主机及指挥箱组合等部分构成。

1.2 PC104模块实现火控计算机的基本构思

PC104的体系结构与标准台式PC兼容，在对CPU模块实施加电后，ROM-BIOS能够提供在引导DOS前，从EPROM当中对相关程序进行调用的机制。此些程序即BIOS扩展。借助此种工作机制，把PC104模块当作超级芯片，以一种嵌入的方式，设置在火控计算机中，且依据ISA总线标准，设计外围应用，而火控软件借助BIOS扩展，便能够控制硬件。

2 系统软、硬件设计

2.1 软件设计

（1）主机设计。把PC104CPU模块当作核心性CPU芯片，配置满足现实容量需要的EPROM，便能成功建立计算机系统。而在设计外围接口时，需要从根本上满足标准ISA总线的各项需要。①设计运算控制器板。在整个火控计算机当中，运算控制器板为其核心所在，在设计时，将显示驱动模块与嵌入式PC104CPU模块各当作一个“宏部件”（运算控制器板上），在印制板上固定住，且驱动ISA总线，将其向火控计算机的总线进行转化；与此同时，把CPU模块上的并行、串行接口及显示模块的显示接口、键盘接口均引出，提供给操纵台使用。②设计总线接口。PC104主板资源能够提供给用户使用的存贮空间主要有E0000、D0000段，而外设空间有300～376H。所以，在设计用户板卡过程中，不能超出上述范围。来自ISA总线的信号比较多，如IOCS16、IOR、AEN、IOW、MEMR等。其中，AEN主要用于区分哪种操作（如DMA与CPU操作的区分），而AEN实际就是低电表CPU操作。IOCS16所代表的就是总线需16位数据操作，用户能能借助此线，及时通知CPU，使其在读写时加入一个等待。

（2）操控台设计。操控台实际就是整个火控计算机的人机界面。硬件主要由三部分组成，其一为专用工作开关，其二是专用键盘（AT接口），其三为EL显示屏。而对于监控界面而言，采用的是弹出式菜单，而针对软件界面来讲，采用的是汉字显示。

2.2 软件设计

（1）设计软件存贮。以80X86系统为基础的实模式应用，要求用户程序在具体的目标代码上，须控制在一个段内。对于PC104主板而言，其能够向用户提供可利用的存储空间，即D0000～EFFFF，共有128K（2个段空间）。分别将作战程序、监控程序设在这两个段，将作战程序放于E000段，而把监控程序、总控程序放于D000段。

（2）设计总控程序。在整个软件设计当中，总控程序为其核心所在，其需要能够满足BIOS扩展的相关要求，若不满足，难以控制硬件。针对PC104CPU模块来讲，其与其它兼容PC机相同，在复位或者上位后，ROM-BIOS将板上的硬件进行初始化处理，且实现上电自检。后在系统内存当中，基于地址C8000HF0000H，每间隔2K边界，对BIOS头标志进行查找扩展，若有正确的扩展BIOS格式，其在DOS引导前，会得到控制权。还需要指出的是，BIOS扩展拥有健全的结构，其由三字节表头（一个SIZE字节+两个字节ID标识），且被当作BIOS扩展的初始。针对SIZE字节指示来讲，需要进行计算检查，并且还需要对代码长度进行扩展。当ROM-BIOS处于扫描状态，并且扫到下个BIOS扩展，此时便会形成一个远程，对此结构的第四个字进行调用，此乃EPROM的入口，一般情况下，需放一个跳转指令。