一种车载中控计算机的设计

　　摘 要： 全面介绍一种车载平台的中心控制计算机的设计与实现，基于其中心控制与管理的功能需求和车载平台严酷使用环境的可靠性要求，首先论述整机电气和结构的架构设计，然后详细阐述单机内部主要电路板卡如嵌入式CPCI计算机板、KVM切换板、千兆网络交换板、多串口扩展板的电气设计要点，最后提出单机结构加固及减振散热措施。该中心控制计算处理能力强、操作便捷、接口众多、可靠性高，对同类车载平台中心控制计算机的设计具有很强的参考意义。 

　　关键词： 中控计算机； CPCI； ATR； 多电脑控制器； 千兆网络交换； 多串口扩展 

　　中图分类号： TN701?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）18?0110?04 

　　Design of vehicle?mounted central control computer 

　　YIN Shen?yan， HUANG Ying?ying 

　　（Southwest China Institute of Electronic Equipment， Chengdu 610036， China） 

　　Abstract： The design and implementation of a vehicle?mounted central control computer are introduced in this paper. Based on the function demands of its central control and management， and the reliability requirement of the vehicle?mounted system applied in severe environment， the electrical and structural framework design of the whole system is discussed. The key points of design of main circuit boards such as embedded CPCI computing board， KVM switching board， gigabit network switching board and multi?serial?port expanding board are elaborated. Some measures of structural strengthening， vibration reduction and heat dissipation for the computer are proposed. The central control computer has high processing capability， convenient operation， abundant expanding interfaces and high reliability. The design method can be used as a reference for design of similar central control computers. 

　　Keywords： central control computer； CPCI； ATR； KVM； gigabit?network switching； multi?serial?port expansion 

　　0 引 言 

　　地面电子战系统主要以车载平台为基础构建，将天线、发射机、接收机、数字处理机等功能单元集成安装在车载平台之上，完成特定的战术功能。为了有效操控这一功能复杂的系统，需要设计一台车载中心控制计算机，其同车载显示器一起，提供友好的“人?机”交互接口，让操作员便捷地完成对电子战系统的管理和控制。本文详细阐述了该中心控制计算机的设计思路和实现原理，以及其散热加固措施，可用作类似车载平台中心控制计算机的设计参考。 

　　1 应用设计要求 

　　1.1 应用环境 

　　电子战车载任务系统操控示意图如图1所示，由中心控制计算机和显示器及输入控制设备构成的 “人?机”交互子系统是操作员与车载任务系统的“人?机”接口，主要完成电磁频谱的态势感知和状态显示以及任务系统控制。 

　　图1 中心控制计算机应用示意图 

　　中心控制计算机将来自个功能单元的信息收集汇总，展现给操作员；同时将接收操作员的各种控制指令分发给任务系统各个功能单元，触发任务系统的状态改变，进而完成任务，是车载任务系统的信息采集和指令分发中心。 

　　1.2 设计要求 

　　车载任务系统的应用需求为中心控制计算机的设计提出了如下需求，成为单机设计的依据： 

　　（1） 中控处理：设备应处理能力强大，接口丰富，便于实现电子系统的集中管控； 

　　（2） 简化操作：设备为适应装备行进间工作的特点，应通过尽量简单的操作完成系统操控； 

　　（3） 按需配置：设备可通过配置不同的扩展板卡，适应各种电子战系统装备的不同需求； 

　　（4） 通用化、标准化：设备需满足通用化、模块化、标准化要求，便于生产、维修； 

　　（5） 环境适应能力：设备需满足车载平台设备装载、环境适应性和可靠性要求。 

　　2 单机设计 

　　2.1 整机架构 

　　依据上述需求，单机采用抗振性能优良的航空运输机架（Air Transport Rack，ATR）结构形式，CPCI（Compact Peripheral Component Interconnect 紧凑型外围设备互联）总线电气架构，由4个嵌入式计算机板及其多个外围扩展板卡，键盘、视频、串口（Key Video Serial Port，KVM）切换板、千兆网络交换板和CPCI电源模块等电路模块有机组合而成，其整机架构如图2所示。

　　图2 中心控制计算机框图 

　　为完成系统复杂的处理功能，单机内设计了4台嵌入式CPCI计算机板，各个计算机板可同时运行不同的软件，使整机成为一个多任务处理系统。每个计算机板再通过32位CPCI总线扩展外部接口板卡，1号计算机板PC1和2号计算机板PC2分别连接1个多串口卡，使得中控计算机可通过串口控制外部数据率较低的设备；3号计算机板PC3扩展1个4通道的视频采集卡，连接普通光学摄像头可用作密闭车载平台的普通行车监视仪，连接红外摄像头则可用作热成像监视仪；4号计算机板PC4扩展1个加密认证卡，系统只有通过专用加密认证后才可登陆，可在用于安装运行密级较高的数据库等软件，为整个车载系统提供必要的安全保证措施。 

　　4台嵌入式CPCI计算机板的网口连接到内部12端口的千兆网络交换板，与该板卡的其余8个网口一起组成一个车载局域网。4台嵌入式CPCI计算机板KVM信号共同进入KVM切换板，经过切换后送到2个显示器输出，这使得位于2个显示器后面操作员则通过该中心控制计算机全面掌控了整个车载电子系统。单机内部设计有一个CPCI电源模块，将外部输入的+28 V直流电压转换成CPCI标准电压输出，为单机内部的众多板卡供电。 

　　按此构建的中心控制计算机具备了车载任务系统要求的所有特性：处理能力强大、扩展接口众多、数据交换快捷、安保措施严密、操作控制方便。