嵌入式系统技术在舰船导航设备中的应用

liyf

总第２２３期
２０１３年第１期
舰船电子工程
Ｓｈｉｐ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．１
　６８
嵌入式系统技术在舰船导航设备中的应用＊
林育生１　吴永明１　杨国忠２
（１．海军九~二厂　上海　２０００８３）（２．海军湛江航保厂　湛江　５２４００２）
摘　要　嵌入式系统技术近年来发展十分迅速，成为研究的热门方向之一。文章介绍了目前嵌入式系统的有关技术，包括嵌入式硬件、
嵌入式软件和可编程逻辑器件等方面内容。舰船导航设备广泛地使用了嵌入式系统技术，仪器的智能化及性能得到很大提高，通过对目前
舰船现役导航设备的调研，对于设备中嵌入式系统技术的使用现状进行分析，并对未来导航装备嵌入式系统应用前景作了分析展望。
关键词　嵌入式系统；嵌入式软件；导航设备；应用
中图分类号　Ｕ６７４．７＋０３．４　　
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｎｇｙ
ｏｎ　Ｓｈｉｐｂｏａｒｄ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ
ＬＩＮ　Ｙｕｓｈｅｎｇ１　ＷＵ　Ｙｏｎｇｍｉｎｇ１　ＹＡＮＧ　Ｇｕｏｚｈｏｎｇ２
（１．Ｎｏ．９０２Ｆａｃｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｎａｖａｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００８３）（２．Ｎａｖａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ａｓｓｕｒａｎｃｅ　Ｆａｃｔｏｒｙ　ｉｎ　Ｚｈａｎｊｉａｎｇ，Ｚｈａｎｊｉａｎｇ　５２４００２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｖｅｌｏｐｓ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ｔｈｅｓｅ　ｙｅａｒｓ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ａｎｄ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ａ　ｈｏｔ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ、ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ａｎｄ　ＣＰＬＤ．Ｓｈｉｐｂｏａｒｄ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ
　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ａｒｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｆ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｕｓｅ，ａｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｓａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｓｈｉｐｂｏａｒｄ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｕｓａｇｅ　ｏｆ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｆｕｔｕｒｅ　ｉｓ　ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．
Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ，ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｃｌａｓｓ　Ｎｕｍｂｅｒ　Ｕ６７４．７＋０３．４
１　引言
嵌入式系统（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍ）技术近年来发展十分
迅速，成为研究的热门方向之一，被广泛应用于电子设备、
平板电脑、智能手机、信息家电、ＰＤＡ、机顶盒、工业控制、移
动通信、电子商务和电子金融等领域，市场潜力巨大。航海
导航设备主要用于舰船的航行导航，它为舰船航行提供航
向、航速、航迹、位置、方位、水深、气象要素等信息。航海设
备中广泛应用了各种嵌入式系统技术，大幅提高了仪器的
性能和智能化水平。本文简要介绍嵌入式系统技术，并对
其在航海设备中的应用情况及发展方向作简要论述。
２　嵌入式系统技术
２．１　嵌入式系统定义
嵌入式系统被定义为以应用为中心、以计算机技术为
基础、软件硬件可裁减、适应应用系统对功能、可靠性、成
本、体积、功耗严格的专用计算机系统［１］。从广义上讲嵌入
式系统是指一个具有特定功能或用途的计算机软硬件的集
合体［２］，狭义的嵌入式系统则指装入另一设备并控制设备
的专用计算机系统［３］。
嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌
入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于
实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。
２．２　嵌入式系统硬件
２．２．１　处理器
嵌入式系统硬件的核心器件为处理器，通常包括微处
理器、微控制器、ＤＳＰ处理器和ＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ　Ｏｎ　Ｃｈｉｐ）／
ＳＯＭ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ｍｏｄｕｌｅ）等。
１）微处理器。嵌入式微处理器的基础是通用计算机
中的ＣＰＵ，在工作温度、抗电磁干扰、可靠性、功耗等方面
都做了各种增强［１］。在应用中，将微处理器装配在专门设
计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样
可以大幅度减少系统的体积和功耗。市场上比较常见的嵌
入式微处理器有Ｉｎｔｅｌ　Ｘ８６芯片（从８０４８６到嵌入式第三代
Ｃｏｒｅ　ｉ系列处理器）、ＡＲＭ、ＭＩＰＳ以及智能手机微处理器
如高通（Ｑｕａｌｃｏｍｍ）、德州仪器（ＴＩ）、英伟达（Ｎｖｉｄｉａ）的芯片
等。
２）微控制器ＭＣＵ。主要为４位、８位、１６位和３２位的
单片机。ＭＣＵ一般以某种微处理器内核为核心，芯片内部
集成ＲＡＭ、ＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ、总线、总线逻辑、定时／计时器、
Ｗａｔｃｈｄｏｇ、Ｉ／Ｏ、串行口、脉宽调制输出、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、ＦＬＡＳＨ
ＭＥＭＯＲＹ、Ｅ２ＰＲＯＭ 等各种必要功能和外设，有些还集成
＊ 收稿日期：２０１２年７月２６日，修回日期：２０１２年９月１０日
作者简介：林育生，男，高级工程师，研究方向：导航仪器。吴永明，男，高级工程师，研究方向：导航技术。杨国忠，男，高级工程师，研
究方向：导航仪器。
２０１３年第１期 舰 船 电 子 工 程 　６９
ＬＣＤ控制、ＵＳＢ模块等功能。ＭＣＵ的最大特点是单片化，
体积小，功耗和成本下降，可靠性提高。常见的微控制器有
Ｉｎｔｅｌ　ＭＣＳ－５１／９６／１９６／２９６系列及兼容芯片、ＡＴＭＥＬ的
ＡＶＲ及ＳＡＭ４Ｌ系列、ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ公司的ＰＩＣ系列、德
州仪器（ＴＩ）的各种ＭＣＵ 芯片以及飞思卡尔（Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ）
等。
２．２．２　主板
嵌入式系统硬件选型时，通常根据系统的功能要求选
择采用何种处理器和主板，一般可以通过两种方式获得主
板：一种是自行设计，通常采用单片机、ＤＳＰ的系统就需要
设计者自己设计主板，其优点是针对性、灵活性较强；另一
种是选择或定制通用标准主板，市场上嵌入式主板标准主
要有ＰＣ／１０４标准、ＥＰＩＣ标准（１１５×１６５ｍｍ）、ＥＴＸ标准、
ＣｏｍｐａｃｔＰＣＩ标准、ＣＯＭ 板（８５×１０５ｍｍ）、ＣＯＭ　Ｅｘｐｒｅｓｓ标
准和ＩＴＸ规范等，其优点是功能强、开发方便。
１）ＰＣ／１０４，ＰＣ／１０４＋，ＰＣＩ－１０４嵌入式标准。ＰＣ／
１０４嵌入式计算机诞生于１９８７年，１９９２年被正式接纳为
ＩＥＥＥ　Ｐ９９６．１标准。它尺寸为９０×９６ｍｍ，有１０４根总线，
与ＰＣ１００％兼容。后又衍生出ＰＣ／１０４＋（ＩＳＡ＋ＰＣＩ）和
ＰＣＩ－１０４（ＰＣＩ）标准。
２）ＥＴＸ标准。ＥＴＸ（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｅＸｔｅｎｄｅｄ）
是嵌入式控制领域近年来得到推广应用的标准之一。ＥＴＸ
模块尺寸９５×１１４ｍｍ，集成了声卡、ＬＶＤＳ显示、网口、ＵＳＢ
和标准Ｉ／Ｏ功能的ＣＰＵ子系统，通过４个１００ｐｉｎ的高密度
连接器与客户载板连接。
３）ＣＯＭｅ标准。ＣＯＭ　Ｅｘｐｒｅｓｓ规范于２００５年由国际
工业电气协会（ＰＩＣＭＧ）推出，规定了三个标准尺寸的模块
ｃｏｍｐａｃｔ（９５×９５ｍｍ）、ＢＡＳＩＣ（９５×１２５ｍｍ）、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ（１５５
×１１０ｍｍ），该规范保留了对传统ＰＣ技术的支持，如ＰＣＩ，
ＰＡＴＡ等功能，同时加入高速串行总线ＰＣＩ　Ｅｘｐｒｅｓｓ、串行
数字视频传输ＳＤＶＯ、千兆以太网及串行ＡＴＡ等新技术。
４）ＩＴＸ规范。是由威盛电子提出一种结构紧凑的微
型化的主板设计规范，用来设计用于小空间小尺寸的专业
计算机的，包括Ｍｉｎｉ－ＩＴＸ（１７０ｍｍ×１７０ｍｍ）、的Ｎａｎｏ－
ＩＴＸ（１２０ｍｍ×１２０ｍｍ）、Ｐｉｃｏ－ＩＴＸ板（１００ｍｍ×７２ｍｍ）。
２．２．３　复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ）
早期的可编程逻辑器件如ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、Ｅ２　ＰＲＯＭ
等只能完成简单的数字逻辑功能，可编程芯片ＰＬＤ（如
ＰＡＬ、ＡＧＡＬ、ＧＡＬ）能实现规模较小的电路。
复杂可编程逻辑器件（ＣＰＬＤ，Ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
ｌｏｇｉｃ　ｄｅｖｉｃｅ）和现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ，Ｆｉｅｌｄ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）是近年来发展起来的大规模可编程专用
集成电路（ＡＳＩＣ）芯片［４］。工程师可以通过传统的原理图
输入法或硬件描述语言（ＨＤＬ），自由设计一个数字系统和
功能复杂的专用电路，设计周期缩短，费用减少，风险降低，
成为当今电子系统设计的重要手段。
２．３　嵌入式软件
包括嵌入式系统软件、应用软件和开发工具等。嵌入式系
统软件分为嵌入式操作系统、嵌入式数据库及其他嵌入式系统
软件；开发工具通常采用Ｃ／Ｃ＋＋语言和汇编语言。
２．３．１　嵌入式操作系统
简单的嵌入式系统一般并不使用操作系统，只包含一
些控制流程，但对于功能复杂的系统，简单的控制流程难以
满足系统的要求，就需要使用嵌入式操作系统［５］（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ
　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ，ＥＯＳ）。
现有ＥＯＳ 产品较多，如嵌入式ＬＩＮＵＸ、ＶｘＷｏｒｋｓ、
Ｐａｌｍ　ＯＳ、ＷＩＮＤＯＷＳ　ＣＥ（Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｃｏｍｐａｃｔ
７）、ＷＩＮＤＯＷＳ　ＮＴ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ、ＷＩＮＤＯＷＳ　ＸＰ　Ｅｍｂｅｄｄｅｄ、
Ｎｕｃｌｅｕｓ　ＰＬＵＳ、μＣ／ＯＳ、ＶＲＴＸ、ｐＳＯＳ、ＱＮＸ、国产的ＤＥＬＴＡ
　ＳＹＳＴＥＭ 以及智能手机操作系统如ｉＯＳ（苹果）、Ａｎｄｒｏｉｄ（
安卓）、Ｗｉｎｄｏｗｓ　Ｐｈｏｎｅ等。
２．３．２　开发工具
嵌入式系统开发工具通常采用Ｃ／Ｃ＋＋语言和汇编语
言［５］，对于简单的单片机系统很多直接采用汇编语言编写
应用软件，芯片制造商一般都提供汇编语言交叉编译工具
或者集成开发环境（ＩＤＥ），也可以采用第三方公司的Ｃ语
言编译器和集成调试环境。
对于相对复杂的系统，一般选用相应的ＥＯＳ，在此基础
上再开发完成特定功能的应用软件，因此，需要有相应的开
发、调试工具。有很多厂商推出不少各种ＥＯＳ环境下的开
发工具，如ＷＲＳ公司的Ｔｏｍａｄｏ等，借助这些开发工具，设
计者可以采用高级语言如Ｃ／Ｃ＋＋编程，能够方便、快速开
发出所需的应用程序。
３　导航设备中的应用情况
３．１　应用概况
舰船航海导航设备主要包括磁罗经、电罗经、平台罗
经、惯导、测深仪、计程仪、航迹仪、自动操舵仪、电子航海
图、ＧＰＳ、罗兰Ｃ、北斗接收机、气象传真机以及气象仪等仪
器。
计算机技术在航海仪器中的应用随着技术进步而越来
越广泛地应用。上世纪７０年代末，航海仪器如平台罗经等
的计算控制功能主要通过电路（可以称之为模拟计算机）实
现；８０年代以来，大型航海设备的计算机大多采用ＩＮＴＥＬ
８０８６ＣＰＵ、ＭＵＬＴＩ－ＢＵＳ总线的工控机，大大缩小系统的
体积，而系统的精度、性能得到了很大的提升，小型航海设
备的计算机系统大多采用单板机／单片机如Ｉｎｔｅｌ、Ｍｏｔｏｒｏｌａ
、ＡＴＭＥＬ等公司的芯片，根据所承担的功能自主设计相
应的主板和软件；９０年代以来，这些航海设备在升级换代
过程中，逐渐采用ＰＣ／１０４等系统或功能改进的单片机。
近年来，嵌入式系统技术发展迅速，各种嵌入式标准如
ＥＴＸ、ＣＯＭｅ、ＩＴＸ等不断涌现，超低功耗、高性能处理器广
泛应用，使航海设备的智能化水平有了很大的提高，仪器的
性能大幅提升，体积逐渐减小。
３．１．１　硬件系统应用
目前现役航海设备种类型号众多，采用的嵌入式系统
技术五花八门，大致有以下几类应用：
１）功能相对简单的仪器通常采用单片机。使用比较
多的是Ｉｎｔｅｌ　ＭＣＳ－５１系列单片机及兼容芯片，如某型气
象仪、某型测深仪、某型数字复示磁罗经、某型复合式计程
仪使用了８０Ｃ３１单片机；某型压差式计程仪使用ＡＴＭＥＬ
公司生产的ＭＣＳ－５１兼容芯片ＡＴ８９Ｃ５１单片机；某型电
磁计程仪使用ＡＴ８９Ｃ５５单片机；某型复合式计程仪和某型
多普勒计程仪使用ＡＴ８９Ｃ５２单片机；也有一些航海仪器使
　７０ 林育生等：嵌入式系统技术在舰船导航设备中的应用 总第２２３期
用了ＤＳＰ芯片，如某型ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ组合导航仪、某型
罗兰Ｃ接收机、某型北斗海用导航仪使用ＴＭＳ３２０Ｃ３２芯
片；某型组合智能导航仪使用ＴＭ５８００芯片。
２）个别早期设计的设备使用低档次通用微处理器芯
片，如上世纪９０年代定型的某型电磁计程仪、某型航迹仪
使用Ｉｎｔｅｌ　８０８６ＣＰＵ。
３）系统相对复杂的仪器，其嵌入式系统主板较多使用
ＰＣ／１０４主板、ＥＴＸ、ＣＯＭｅ等母板，ＣＰＵ 通常采用Ｉｎｔｅｌ
８０４８６到Ｐｅｎｔｉｕｍ Ⅲ以及凌动ＡＴＯＭ 超低功耗处理器等
嵌入式微处理器。如某型北斗一号舰艇用户机、某型测深
测潜仪、某型回声测深仪、某型平台罗经等采用Ｉｎｔｅｌ　８０４８６
嵌入式微处理器；某型综导显控台采用Ｉｎｔｅｌ　５ｘ８６嵌入式微
处理器；某型电子航海图采用Ｉｎｔｅｌ　Ｐｅｎｔｉｕｍ Ⅲ－Ｍ 嵌入式
微处理器；某型气象仪采用Ｉｎｔｅｌ　ＡＴＯＭ 处理器。
４）仪器中组合应用了工控机和单片机等多种嵌入式硬
件，通常应用在一些比较庞大复杂的系统中，常见的情形是
主机使用ＰＣ／１０４、ＥＴＸ板、ＣＯＭｅ板来完成主控、复杂计算
等功能，分机使用单片机或ＤＳＰ完成某一相对简单、特定的
功能，如某型多普勒计程仪、某型无源北斗导航接收机等。
３．１．２　软件系统应用
航海设备嵌入式系统软件系统根据不同的硬件环境可
以分为二类：
１）使用单片机的系统，一般无ＥＯＳ，其软件一般采用
汇编语言编写，完成一些简单计算、流程控制、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、
人机交互和显示控制等功能。
２）使用嵌入式微处理器的系统，一般选用相应的ＥＯＳ
和开发工具，并编写应用程序。上世纪９０年代研发的产品
很多使用ＤＯＳ环境、Ｃ／Ｃ＋＋编程，进入２０世纪以来，市场
上可供选择的嵌入式系统软硬件产品较多，新研发的航海
设备采用的嵌入式系统五发八门，应用软件较多采用Ｃ＋
＋编程，运行环境主要有ＤＯＳ、Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＶｘＷｏｒｋｓ、Ｗｉｎｄｏｗｓ
　ＸＰＥ、Ｌｉｎｕｘ等操作系统。
（１）使用ＤＯＳ操作系统，如某型北斗一号舰艇用户机
和某型平台罗经；
（２）使用Ｗｉｎｄｏｗｓ３．２操作系统，如某型回声测深仪；
（３）使用ＶｘＷｏｒｋｓ操作系统，如某型综导显控台、某型
航迹仪、某型北斗一号舰艇用户机和某型电子航海图等；
（４）使用Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰＥ操作系统，如某型气象仪等。
３．２　典型应用举例
３．２．１　电子航海图系统
电子航海图系统是具有电子海图显示、航海自动化作
业、导航信息综合处理的综合导航系统。电子航海图系统
计算机系统采用ＤＯＳ、Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＭａｐＩｎｆｏ、ＶｘＷｏｒｋｓ、Ｗｉｎｄｗｏｓ
　ＸＰＥ操作系统，软件编程使用Ｃ／Ｃ＋＋语言、ＭａｐＢａｓｉｃ
等，近年来，军用电子航海图系统软件平台更多采用Ｖｘ－
Ｗｏｒｋｓ操作系统。以某型电子航海图系统为例，其嵌入式
系统为：
１）硬件系统。主板为嵌入式单板主机ＧＥＮＥ－６３２０，
采用Ｉｎｔｅｌ超低功耗、移动型Ｐｅｎｔｉｕｍ Ⅲ－Ｍ 处理器，频率
７００ＭＨｚ，板载插槽支持２５６ＭＢ系统内存，提供ＴＴＬ 和
ＬＶＤＳ　ＬＣＤ接口、１００ＭＢ网口、ＵＳＢ端口、ＰＣＩ－１０４插槽
等，显示分辨率１２８０＊１０２４［６］。
２）软件系统。操作系统原采用Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００，２００１
年改用嵌入式ＶｘＷｏｒｋｓ操作系统，应用软件使用Ｃ＋＋语
言编程开发，包括信息处理模块（导航信息统一采集、优化
处理和集中显示）、海图显示和改正模块、导航和海图作业
模块、航线设计模块、信息查询模块、雷达目标叠加和战斗
航海模块以及系统管理模块等。
３．２．２　计程仪
计程仪是用来测量舰船航速并计算舰船航行里程的仪
器，又称测速仪。以某型计程仪为例，该型计程仪由主仪
器、电磁传感器、传感器升降装置、前置放大器、压差传感
器、开关分配器、导压及提升装置、复示器、接线箱和信息发
送箱组成［７］，其中主仪器是计程仪的操作控制中心，完成速
度、航程的各种转换处理和人机界面与发送的控制，它实质
上是一个ＡＴ８９Ｃ５５单片机系统。
１）硬件系统。ＣＰＵ板是该型计程仪嵌入式系统的核
心部分，采用了ＡＴ８９Ｃ５５单片机，片内具有２４ＫＢ程序存
储器，片外扩展了８ＫＢ的ＥＥＰＲＯＭ（ＡＴ２８Ｃ６４），用于存放
各种计算参数、累计航程、累计时间等数据。ＣＰＵ 板的主
要功能是自动完成对传感器送来的代表舰船航行速度大小
的信号进行周期性计算和修正，得到航行速度，并对该速度
根据时间间隔大小进行数值积分，求得航程，然后将速度和
航程信息通过接口发送和显示；ＡＤＣ板主要由８１５５接口
芯片、１２位并行输出Ａ／Ｄ转换器ＩＣＬ７１０９、高精度Ｉ／Ｆ转
换器ＡＤ６５２和分频器等组成，其主要功能是完成传感器输
入信号的模／数转换、键盘编码的控制输入、航速值的串行
输出、并行输出及航程输出脉冲的转换发送；ＴＲＳ板主要由
自整角机／数字转换器１２ＳＺ、功放电路ＵＬＮ２８０３、数字比较
器５４ＬＳ８５等组成，其主要功能是完成航速、航程数字量到
自整角机／旋转变压器模拟输出量的转换；ＣＡＮ 总线板包
括ＣＡＮ总线控制器ＳＪＡ１０００、控制器接口８２Ｃ２５０和光电
耦合器６Ｎ１３７等组成，其主要功能采用双冗余ＣＡＮ总线
发送航速信息。
２）系统软件。主仪器的工作程序用汇编语言编写，分
为自检模块、管理模块、航速航程解算模块和测速校正模
块，各模块以中断方式调用。不同的中断服务分支程序处
理不同的任务，完成计程仪各种不同类型的操作，如系统启
动、停止、参数装订、误差计算、误差修正、记录数据显示等。
４　应用展望
嵌入式系统技术发展十分迅速，其发展趋势为：一是嵌
入式开发方式正在演变，开发环境的优劣成为选型关键。
架构细节正日渐变得不再重要，汇编语言编程比重逐步下
降，最低层优化需针对具体芯片，而开发环境变得更重要，
芯片公司的服务也越来越关键；二是微型化（尺寸、功耗和
污染等）是嵌入式计算平台的必然趋势。未来航海设备中
嵌入式系统的应用必将紧紧追随主流技术，笔者认为可能
朝两个方向发展。
１）低端应用（功能相对简单的仪器）采用各种档次的
单片机。因为近年来单片机技术发展十分迅速，从４位、８
位、１６位发展到３２位芯片、多核芯片，集成了更多的外设
和丰富的互联功能，同样档次的单片机功能比以前有了显
（下转第７５页）
２０１３年第１期 舰 船 电 子 工 程 　７５
用。
图２　干扰系统对无人机
下行链路干扰
干扰系统对地面的
接收机进行干扰，也就
是对无人机的下行链路
进行干扰，干扰系统到
接收机的距离是固定的
且等于到地面站的距
离，对于固定的信干比，
要求干扰距离与链路距
离的比是固定的，这样链路的距离也是固定的。如图２所
示。
数据链在以地面站为圆心的圆内能够正常工作，在圆
外受到干扰。圆的半径与接收机的增益和干扰系统干扰的
强度相关。
５　结语
随着复杂电磁战场环境下电子对抗程度的不断增加，
无人机数据链系统抗干扰已经成为制约其效能发挥的关键
因素与薄弱环节。本文从信干比一般方程这个视角，分析
了无人机的数据链的抗干扰能力的技术和途径，并且在信
干比一定的情况下分析了无人机抗干扰的有效区域，为无
人机数据链抗干扰的作战使用提供参考。
　　
参考文献
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檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷
１９９－２００．
（上接第７０页）
著的提高，可供选择的余地很大，足以满足一般低端应用的
要求。同时，ＭＣＵ无论是开发成本，还是开发难度都在从
硬件转移到软件［８］，由芯片制造商提供的集成开发环境
（ＩＤＥ）、设计软件包、工程范例、调试支持等也比以前丰富，
可以帮助客户减少设计工作量，加快设计速度。
２）中高端应用（功能相对复杂庞大的系统）硬件选用
各种标准的嵌入式主板（如ＥＴＸ板、ＣＯＭ　Ｅｘｐｒｅｓｓ板、ＩＴＸ
板），ＣＰＵ采用超低功耗处、高性能嵌入式微处理器如凌动
ＡＴＯＭ 超低功耗处理器、嵌入式第三代Ｃｏｒｅ　ｉ系列处理器
等，应用软件更多采用Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰＥ［９］、ＶｘＷｏｒｋｓ、嵌入式
Ｌｉｎｕｘ［１１］等操作系统环境的开发工具进行开发。之所以这
样认为，主要基于：一是从价格角度来看，中高端应用对价
格相对不太敏感，但对功能、性能要求较高，容易采用高性
能计算机板和芯片；二是从硬件角度来看，ＥＴＸ、ＣＯＭｅ、
ＩＴＸ等通用标准板层出不穷，母板及ＥＯＳ底层驱动程序的
设计开发已由专业厂商完成，开发人员不必过多考虑硬件
设计而主要考虑应用程序的设计开发；三是从操作系统和
开发环境角度来看，高性能嵌入式微处理器的应用使嵌入
式系统运行速度与ＰＣ差距不大，原来庞大缓慢的操作系
统如Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰＥ的运行会变得流畅，由于该系统功能强
大、开发工具丰富、升级方便反而可能倍受青睐；四是从应
用软件开发角度来看，嵌入式环境下的应用软件开发同ＰＣ
环境下的软件开发已经没有多少差别，大大减少开发周期
和难度。
５　结语
本文介绍了嵌入式系统技术，并对舰船导航设备嵌入
式系统技术的应用现状进行了分析介绍，提出未来航海导
航设备中嵌入式应用的发展趋势。随着嵌入式系统技术的
飞速发展，新技术、新产品、新标准不断涌现，嵌入式开发变
得容易，不必过多考虑硬件设计方面的问题，其在航海设备
中的应用也会越来越普遍，同时航海设备产品在升级换代
过程中也会越来越多地使用这些新技术，加快更新换代速
度，仪器的性能和智能化水平将大幅提高。
参考文献
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2014-10-1 08:10 上传

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