基于arm的某型无人飞机飞控计算机设计

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1、基于ARM的某型无人飞机飞控计算机设计作为无人飞机飞控系统的核心，飞控计算机通常采用基于嵌入式系统的实现方案；ARM嵌入式处理器及Linux嵌入式操作系统以其一系列优点在飞控计算机中具有广泛的应用前景。本文研究了基于ARM-Linux的某型无人飞机飞控计算机的实现方法，给出了系统总体设计方案，着重介绍了硬件电路的设计过程，列出了软件调试流程图，分析了调试结果。实践证明，该实现方法结构简单，功能强大，能够满足系统控制的要求，具有较好的实用性。       无人飞机[1-2]是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器的简称。它以其重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好的性能特点

2、，更适于完成危险性大、机动性高这些普通飞机难以完成的任务，越来越广泛应用于军需民用的各个方面。        无人飞机飞控系统[3-5]是无人飞机系统的核心部分，实现对无人飞机整个飞行过程的控制，其中飞控计算机完成接收讯息、处理讯息、输出讯息的功能。飞控计算机的性能要求做到快速、实时、准确，通常采用基于嵌入式系统的实现方案，核心是嵌入式处理器。        目前在无人飞机飞控计算机中，常用的嵌入式处理器包括X86、单芯片、数字讯号处理器DSP(DigitalSignalProcessor)、ARM(AdvancedRISCMachine)等[5-9]。X86微处理器具有高性

3、能、高可靠性、结构紧凑、低功耗的特点，能满足无人飞机飞控系统小型化、高整合度的要求。单芯片将整个计算机系统整合到一块芯片中，一般以某一种微处理器核心为核心，是目前嵌入式系统工业的主流控制器。DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于实时地进行数字讯号处理，特别是数字滤波、FFT及谱分析等应用领域，在运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址较多的智能型化算法中，更能发挥优势。        ARM是目前公认的业界领先的32位嵌入式RISC(ReducedInstructionSetComputing，精简指令集计算机结构)微处理器，具有体系结构可扩展、功耗低、成本低

4、和支持管理实时多任务等特点。较之其它几种处理器，ARM嵌入式处理器具有性价比高、功能丰富、接口完善、可扩展性强等优点，并且Linux嵌入式操作系统是对ARM技术的强大支持。把Linux应用到ARM嵌入式技术中，能充分发挥ARM-Linux的优势。        本文研究了一种基于ARM-Linux的某型无人飞机嵌入式飞控计算机，是某型无人飞机飞控系统的核心部分。系统在合理硬件设计基础上进行Linux软件调试，结果证明了该系统硬件结构简单，处理速度快，性能稳定，且成本低廉，有较好的实用性。 系统结构与控制原理       飞控系统由飞控计算机及其外围传感电路、执行机构组成，因此

5、飞控计算机的主要功能包括：提供稳定的电源供电系统、对各类模拟讯号进行取样预处理、处理各种开关量以控制相应外围设备、进行控制律计算以控制和稳定无人飞机、操纵发动机的工作状态以决定飞行模态、实现飞行航路的预设置等[3-5]。另外飞控计算机的特殊工作环境要求其满足工业级标准，工作温度在-40~+85℃。        根据飞控计算机的性能指针，系统总体设计框图如图1所示。系统采用Atmel公司的工业级ARM9处理芯片AT91RM9200为核心，工作频率可高达200MIPS，其外围电源电路、复位电路、晶振电路保证系统正常工作，外扩32MB的SDRAM作为内存，32MB的闪存用作程序和

6、数据储存空间，A/D电路完成对模拟讯号的取样，D/A电路完成对数字量的转换，8路串行端口通信电路工作方式在RS232、RS422、RS485之间可设置，32路离散I/O口可设置输入输出，另外留有调试用的DBUG口。 硬件设计       本节具体介绍系统各部分的硬件设计，系统分为核心控制电路、A/D转换电路、D/A转换电路、UART串行端口通信电路、DBUG串行调试口电路六部分。 核心控制电路       核心控制电路确保ARM最小系统板及与各外扩功能芯片的正常运行。设计最小系统板（核心板）的关键是AT91RM9200与SDRAM、闪存芯片的接口。图2所示为核心板的ARM处理

7、器与外扩储存器的接口原理图。实验表明，核心板运行稳定可靠，满足计算处理数据时的速度和精度要求。 A/D取样       A/D取样电路用来对各种模拟讯号进行取样预处理，其工作原理图如图3所示，由AD7490提供16路分辨率为12位的A/D通道。AT91RM9200通过SPI口与AD7490进行通信，AT91RM9200向AD7490写入控制字，使其按设定的要求工作，通过Dout接脚将A/D取样结果传送到ARM的CPU。为了确保取样精度，AD7490需外加2.5V参考电压VrefIN。根据设计要求，A/D