Nghiên cứu giải pháp thu phát dữ liệu theo chuẩn truyền thông ГОСТ 26765.52-87 trong các hệ thống tác chiến điện tử do Nga chế tạo

Bài viết giới thiệu về giải pháp thu phát dữ liệu theo chuẩn truyền thông ГОСТ 26765.52-87. Thông qua nghiên cứu mô đun POY-400 trong các hệ thống tác chiến điện tử, nhóm tác giả đã tìm hiểu nguyên lý hoạt động, xây dựng lại sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của mô đun này.

Kỹ thuật điện tử NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THU PHÁT DỮ LIỆU THEO CHUẨN TRUYỀN THÔNG ГОСТ 26765.52-87 TRONG CÁC HỆ THỐNG TÁC CHIẾN ĐIỆN TỬ DO NGA CHẾ TẠO Đỗ Doanh Điện*, Bùi Minh Tuấn, Nguyễn Kiều Hưng Tóm tắt: Bài báo giới thiệu giải pháp thu phát liệu theo chuẩn truyền thông ГОСТ 26765.52-87 Thông qua nghiên cứu mô đun POY-400 hệ thống tác chiến điện tử, nhóm tác giả tìm hiểu ngun lý hoạt động, xây dựng lại sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý mô đun Mô đun POY-400 mô đun truyền thông theo chuẩn trên, sử dụng linh kiện Nga, qua thời gian sử dụng có hư hỏng, việc tìm kiếm, sửa chữa gặp nhiều khó khăn Trên sở kết nghiên cứu, nhóm tác giả đề xuất thiết kế mô đun tương tự sử dụng linh kiện dễ tìm kiếm, thay thế, lập trình Từ khóa: ГОСТ 26765.52-87; POY-400; H1515XM1; Hệ thống MỞ ĐẦU Việc nghiên cứu, khai thác làm chủ tổ hợp vũ khí trang bị kỹ thuật đặc biệt tổ hợp tác chiến điện tử (TCĐT) tàu Hải quân nhiệm vụ vô quan trọng Các hệ thống, khí tài TCĐT thường thực nhiệm vụ: trinh sát điện tử, chế áp điện tử bảo vệ điện tử [1] Tổ hợp tác chiến điện tử gồm nhiều thiết bị kết nối với nối với hệ thống khác cách hồn chỉnh, thơng qua nhiều giao thức truyền thông nối tiếp, song song, ethernet, chuẩn RS-485, RS-232, ГОСТ 26765.52-87 (ГОСТ- 87), Nội dung báo có ba phần chính: phần thứ giới thiệu chuẩn ГОСТ 87, ưu nhược điểm tham số truyền thông Phần thứ hai đề cập đến nguyên lý truyền thông mô đun truyền thông theo chuẩn ГОСТ-87 LB Nga (POY-400) Phần thứ ba đề xuất thiết kế mô đun truyền thông theo chuẩn ГОСТ-87 với linh kiện thông dụng CHUẨN ГОСТ 26765.52-87 Chuẩn ГОСТ -87 dùng nhiều hệ thống truyền thông tàu, máy bay quân Đây là tiêu chuẩn quân Nga, xác định đặc tính học, điện chức bus liệu nối tiếp Ban đầu thiết kế để sử dụng với mục đích quân hệ thống radar quân sự, hệ thống điều khiển máy bay, thông tin tác chiến tàu quân sự, sau sử dụng mục đích dân hàng hải, hàng khơng 2.1 Các đặc trưng truyền thông Bus hệ thống sử dụng cặp dây trở kháng 70-85 Ω tần số MHz Dữ liệu bus mã hóa Manchester hai trạng thái Cặp thiết bị thu phát nhận tín hiệu qua biến áp cách ly Nếu cự li ngắn, hai thiết bị sử dụng kết nối kiểu trực tiếp, cự li xa đến 6m sử dụng kiểu kết nối thông qua biến áp ghép nối Kiểu truyền dẫn hệ thống bán song công Số thiết bị đầu cuối tối đa hệ thống đến 31 thiết bị Kiến trúc hệ thống dùng bus theo chuẩn ГОСТ- 87 hình Kiến trúc bao gồm điều khiển bus (BC) điều khiển nhiều thiết bị đầu cuối từ xa 24 Đ D Điện, B M Tuấn, N K Hưng, “Nghiên cứu giải pháp thu phát … Nga chế tạo.” Nghiên cứu khoa học công nghệ (RT) kết nối với bus liệu Hệ thống có nhiều thiết bị giám sát bus (BM) thiết bị không phép tham gia vào việc truyền liệu, sử dụng để ghi lại liệu phục vụ phân tích Khi thiết lập thêm bus dự phịng, có nhiều bus liệu, ví dụ bus dự phòng thứ hai, bus dự phòng thứ ba Bus A ГОСТ.87 Bus B ГОСТ.87 Các bus dự phòng Bộ điều khiển bus dự phòng (BBC) Bộ điều khiển bus (BC) Thiết bị đầu cuối từ xa (RT) Giám sát bus (BM) Hệ thống nhúng RT Giao thức BC hoạt động thời điểm Hệ thống Tối đa 30 RT Hình Kiến trúc hệ thống bus ГОСТ- 87 Đồng Địa Thiết bị đầu cuối 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 5 Địa con/Chế độ T/R Số từ liệu/ Mã chế độ P 16 Từ liệu Đồng Dự phòng 1 1 1 Parity Cờ RT P Bận Địa Thiết bị đầu cuối Thiết bị đo kiểm Yêu cầu dịch vụ Đồng Bản tin lỗi Từ trạng thái Dữ liệu Cờ hệ thống Chấp nhận điều khiển bus động Từ lệnh Phát quảng bá Bit Hình Các từ truyền hệ thống [3] Tất truyền dẫn bus điều khiển điều khiển bus Một hệ thống kết nối với bus thông qua RT giao thức hệ thống thiết kế giao tiếp trực tiếp với bus Có ba loại từ từ liệu, từ lệnh từ trạng thái mơ tả hình Mỗi từ truyền dài 20 bit bao gồm bit cho đồng bộ, 16 bit cho liệu bit để kiểm soát lẻ Các từ truyền nối tiếp khoảng thời gian tối thiểu từ 4μs 2.2 Phương thức truyền thông Truyền thông thành phần hệ thống bao gồm trường hợp xảy là: BC RT xác định BC cặp RT Truyền thông BC đến RT theo định dạng hình 3: BC gửi từ lệnh 16bit (trên thực tế 20 -bit), theo sau từ đến 32 từ liệu 16-bit Thiết bị RT chọn gửi từ phản hồi 16-bit trạng thái Truyền thông RT đến BC theo định dạng 2: BC gửi từ lệnh đến RT, RT gửi từ trạng thái, theo sau từ 1-32 từ liệu Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 25 Kỹ thuật điện tử Truyền thông RT đến RT theo định dạng 3: Bộ điều khiển BC gửi từ lệnh nhận từ lệnh chuyển RT truyền gửi từ trạng thái, tiếp sau 1-32 từ liệu RT nhận gửi từ trạng thái Truyền thơng chế độ lệnh khơng có từ liệu theo định dạng 4: BC gửi từ lệnh với địa 31 xác định lệnh mã chế độ RT trả lời từ trạng thái tin Định dạng КС СД СД t1 СД ОС t2 КС tin Định dạng КС t1 ОС СД СД СД t2 tin t1 Định dạng КС Định dạng КС КС КС ОС t1 t2 СД СД СД t1 ОС t2 КС tin ОС КС tin Định dạng КС t1 ОС СД t2 КС tin Định dạng КС СД t1 ОС t2 КС Hình Một số định dạng truyền thông theo ГОСТ- 87 [4] Truyền thông chế độ lệnh với từ liệu (truyền tin) theo định dạng 5: BC gửi lệnh với địa 31 xác định mã chế độ RT trả lời từ trạng thái, từ liệu Truyền thông chế độ lệnh với từ liệu (nhận tin) theo định dạng 6: BC gửi lệnh với địa 31 xác định mã chế độ từ liệu RT phản hồi với từ trạng thái Hình tin theo giao thức truyền thông chuẩn ГОСТ- 87 Trong đó, КС từ lệnh, СД từ liệu ОС từ phản hồi, t1là khoảng thời gian chờ tin phản hồi, t2 khoảng thời gian tin Thông qua việc phân quyền ưu tiên, hệ thống truyền thông theo chuẩn ГОСТ87, không bị xung đột tin Tất tin trước từ lệnh kích hoạt điều khiển bus MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ THỐNG TÁC CHIẾN ĐIỆN TỬ Mô đun РОУ-400 sản xuất công ty cổ phần điện tử ELCUS thuộc Đại học Kỹ thuật điện Quốc gia SAINT-PETERSBURG (LEEI) Mô đun sử dụng hệ thống tác chiến điện tử lớp tàu hải quân với mục đích thu nhận, điều khiển kiểm sốt liệu [5] Mơ đun РОУ-400 thực chức mô đun truyền thơng theo chuẩn ГОСТ- 87, khả dự phịng cao có nhiệm vụ: thực gửi tín hiệu kiểm tra tới kiểm tra thơng tin thu nhận Mô đun sử dụng hai mô đun thu phát BA996A dùng để thu phát liệu từ máy tính đưa đến Sau đó, tín hiệu đưa đến hai mã hóa giải mã 588BГ7, 26 Đ D Điện, B M Tuấn, N K Hưng, “Nghiên cứu giải pháp thu phát … Nga chế tạo.” Nghiên cứu khoa học công nghệ đây, liệu nối tiếp chuyển thành liệu 16 bít song song D15-D0 đưa đến hệ thống con, đồng thời đưa đến IC điều khiển bus H1515XM1 Biến áp ТИЛ-3В dùng để cách ly, liệu truyền nối mã Manchester-2 qua biến áp IC mã hóa/giải mã 588ВГ7 Bộ thu/phát BA-996 ТИЛ-3В Kênh Bus liệu D15-D0 Bộ dao động 12Mhz Mạch lựa chọn kênh Địa A10-A0 Bộ điều khiển OY H1515XM1 Mạch chia tần số IC mã hóa/giải mã 588ВГ7 Tín hiệu điều khiển Bộ thu/phát BA-996 ТИЛ-3В Kênh Hình Sơ đồ khối mô đun РОУ- 400 Trên sở khai thác tài liệu, đo đạc nhóm nghiên cứu xây dựng lại sơ đồ ngun lý mơ đun Hình BC dùng H1515XM1 IC mã hóa/giải mã địa 588BГ7 Mạch thu phát liệu nối tiếp sử dụng mơ đun BA996A hình 11 Hình Mạch thu phát liệu sử dụng IC BA996A biến áp cách ly Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 27 Kỹ thuật điện tử ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ MÔ ĐUN TƯƠNG TỰ THEO CHUẨN ГОСТ- 87 Qua nghiên cứu, khảo sát, đo đạc, phân tích nhóm nghiên cứu nhận thấy mô đun POY-400 khâu trung gian để hệ thống kết nối với thiết bị, có khả kết nối chuẩn liệu khác [2] Mô đun sử dụng linh kiện Nga, việc tìm kiếm, sửa chữa, thay khó khăn đặc biệt có linh kiện chip lõi điều khiển bus có lập trình Vì vậy, nhóm nghiên cứu đề xuất xây dựng mô đun truyền thông theo chuẩn ГОСТ- 87 có linh kiện dễ tìm kiếm thay lập trình 4.1 Sơ đồ khối phần cứng mô đun RT đề xuất Các hệ thống DSP (Host processor) Line Transceiver 5V, 3.3V +15V, Bus Transceiver Biến áp BUS +15V, -15V Nguồn cấp -15V Hình Sơ đồ khối mô đun đề xuất Sơ đồ khối bao gồm xử lý, thu phát bus, thu phát đường dây kết nối thu phát bus với vi xử lý, biến áp phối hợp TMS320C6713 DSP hãng Texas Instruments sử dụng xử lý (Host processor) Nó có xử lý dấu phẩy động 32 bit chuyên cho hoạt động xử lý tín hiệu số Tốc độ xung nhịp tới 167 MHz, tốc độ thực lệnh 1336 MIPS, 192K byte RAM tĩnh bên (IRAM), nhớ ngồi 16 bit IC có điều khiển truy cập nhớ trực tiếp nâng cao (EDMA); hai cổng nối tiếp đệm đa kênh (McBSP); hai định thời đa 32 bit; tạo xung nhịp linh hoạt dựa vịng khóa pha (PLL) DS90LV019 hãng National Semiconductor thực chức thu phát đường truyền kết nối DSP thu phát bus DS90LV019 thiết kế đặc biệt cho ứng dụng kết nối điểm-điểm tốc độ cao, lượng tiêu thụ thấp IC hoạt động điện áp 3.3V 5.0V; có điều khiển vi sai thu nhận Bộ điều khiển chuyển đổi mức CMOS/TTL thành mức tín hiệu chênh lệch điện áp thấp Trong sơ đồ thiết kế mô đun, IC điều khiển bus HI-1553 hãng Holt Integrated Circuits Inc Đây chip thu phát bus kép sử dụng điện áp 3,3V Phần phát lấy liệu CMOS/TTL chuyển đổi thành mức điện áp chênh lệch phù hợp với biến áp cách ly Phần thu chuyển đổi liệu bus thành tín hiệu mức CMOS/TTL Giao tiếp cổng McBSP DSP với HI-1553 thông qua thu phát đường truyền Chân liệu phát cổng McBSP nối với chân đầu vào IC thu phát đường truyền, đây, bù mức tín hiệu thành 3.3V chân Data Out+ Data Out- Các chân đầu nối với chân đầu vào liệu số không đảo đảo IC điều khiển bus tương ứng Tương tự chân đầu liệu đảo không đảo IC điều khiển bus nối với chân đầu vào Data In+ 28 Đ D Điện, B M Tuấn, N K Hưng, “Nghiên cứu giải pháp thu phát … Nga chế tạo.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Data In- IC thu phát đường truyền Tại đây, liệu bù mức thành 3.3V đưa đến DSP qua chân DR (dữ liệu thu) FSR (dữ liệu đồng khung) Chân FSR phát xung đồng đến chân DR để thu nhận liệu Hình IC HI-1553 IC DS90LV019 4.2 Thiết kế phần mềm cho DSP Mọi RT thực truyền thông kênh thông qua BC Đầu tiên, BC gửi lệnh xuống RT mà yêu cầu RT thu tin với thực thi u cầu mà BC đưa đến như: cung cấp trạng thái RT, yêu cầu RT cấp liệu cho BC hay yêu cầu RT cấp liệu cho RT khác hệ thống Lưu đồ thuật toán cho RT đưa hình Chương trình Bắt đầu Khởi tạo PLL Chương trình phát liệu Khởi tạo kênh EDMA Chương trình thu liệu Sao chép liệu đệm phát đến McBSP_Tx Khởi tạo ghi McBSP Cho phép ngắt phát McBSP Cho phép ngắt thu McBSP Có lệnh yêu cầu từ BC? Thêm liệu McBSP OK Thêm xung đồng NOT NO Kiểm tra trạng thái kênh? Xử lý giao thức ГОСТ- 87 theo LUT, lưu trữ liệu OK Chương trình phát liệu (nếu yêu cầu) Chương trình thu liệu Mã hóa Manchester-II Sao chép liệu từ McBSP_Rx sang đệm thu Lọc liệu McBSP Chuyển đổi sang logic Phát xung đồng Giải mã Manchester-II Phát lỗi Thêm bít Parity Đưa 16 bít phát Tách 16 bít liệu Hình Lưu đồ thuật toán xử lý thu phát từ mô đun RT Phần phần mềm bao gồm khởi tạo phần cứng thiết lập PLL thông qua ghi, xung nhịp cho thiết bị ngoại vi, cấu hình tham số EDMA thiết lập ghi McBSP Phần thứ hai trình phục vụ ngắt EDMA truyền liệu từ McBSP sang IRAM ngược lại từ IRAM sang McBSP Khi có liệu từ BC đến, RT kiểm tra xem có phải liệu yêu cầu Tạp chí Nghiên cứu KH&CN qn sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 29 Kỹ thuật điện tử không Tiếp theo đúng, RT kiểm tra u cầu gì, cịn khơng RT bỏ qua tiếp tục chờ đợi lệnh BC Thông qua phản hồi McBSP, DSP biết kênh truyền thực phát hay thu Đối với việc thu từ liệu, liệu nhận từ McBSP sau chép sang đệm thu, chuyển đổi mức sang liệu số logic Dữ liệu tách xung đồng qua thuật toán phát xung đồng bộ, qua giải mã Manchester-II, kiểm tra bít parity tách lấy 16 bít liệu cần thiết đưa lưu trữ xử lý theo yêu cầu mục đích Đối với việc phát từ lên bus, liệu 16 bít thêm bít kiểm tra, sau mã hóa Manchester-II, thêm xung đồng cho đủ 20 bít đưa đệm phát Các tham số EDMA thiết lập theo yêu cầu truyền bít McBSP IRAM Ngắt INT_8 bảng véc tơ ngắt DSP sử dụng cho việc truyền Mỗi McBSP chiếm ½ pha bít mã Manchester-II từ bit Vì vậy, tin ГОСТ- 87 có 20 bít cần 40 khung McBSP Dữ liệu chép đến IRAM trình nhận nén lại 1/8 lần so với liệu nhận McBSP Mỗi khung McBSP DSP cấu hình khung phát thu 8, 12, 16, 20, 24 32 bít Mặc dù khung 20 bít lý tưởng cho việc truyền tin ГОСТ- 87, lại khơng thể tạo nửa bít cao nửa bít thấp cho xung đồng Vì vậy, cấu hình khung cho McBSP bit truyền Xung nhịp cho DSP chọn 16MHz cho việc truyền tin McBSP Đối với tin ГОСТ- 87 20 bít tương ứng với 40 khung bít McBSP, nên thời gian ½ pha bít mã Manchester-II 0,5us Giản đồ thời gian tạo gói tin thể hình Hình 10 Giản đồ thời gian tạo gói tin theo ГОСТ- 87 KẾT LUẬN Bài báo trình bày tổng quan chuẩn ГОСТ- 87 để kết nối thiết bị hệ thống truyền thông, tham số đặc trưng cấu hình hệ thống Nhóm tác giả phân tích ưu nhược điểm Nhóm khai thác tìm hiểu xây dựng sơ đồ chức mơ đun POY-400, phân tích ngun lý hoạt động, chức linh kiện, dựng lại sơ đồ nguyên lý mô đun POY Trên sở kết nghiên cứu nhóm tác giả đề xuất thiết kế mơ đun truyền thơng theo chuẩn ГОСТ- 87 có linh kiện dễ tìm kiếm thay lập trình 30 Đ D Điện, B M Tuấn, N K Hưng, “Nghiên cứu giải pháp thu phát … Nga chế tạo.” Nghiên cứu khoa học công nghệ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hướng dẫn sử dụng thiết bị vô tuyến điện tử MП-405-AП, “Hướng dẫn khai thác sử dụng bảo dưỡng kỹ thuật tàu 12418(377, 378)”, Tổng cục cơng nghiệp quốc phịng (2015) [2] “Nghiên cứu khai thác làm chủ chế tạo số mô đun chức tổ hợp tác chiến điện tử МП-405-1Э tàu 1241.8”, Thuyết minh đầu vào đề tài cấp Bộ Quốc Phòng, mã số KC-KT.08/19 (2019) [3] https://en.wikipedia.org/wiki/MIL-STD-1553 [4] https://meganorm.ru/Data2/1/4294827/4294827714.pdf [5] http://www.elcus.ru/boards.php?ID=rou-400 ABSTRACT A DATA TRANSMISSION SOLUTION BASED ON COMMUNICATION STANDARD ГОСТ 26765.52-87 IN ELECTRONIC WARFARE SYSTEM In the article, a data transmission solution based on communication standard ГОСТ 26765.52-87 is introduced Through the study of POY-400 module in electronic warfare systems, the authors explored the operating principle, rebuilt the block diagram, the principle diagram of this module The POY-400 module is a communication module based on the above standard, using Russian components, after many years of use, it has been damaged, difficult to find and repair Based on the research results, the authors propose to design a similar module using easy-to-find, replacement, and programming components Keywords: GОSТ 26765.52-87; ROU-400; H1515XM1; Subsystem Nhận ngày 11 tháng 02 năm 2020 Hoàn thiện ngày 30 tháng năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 28 tháng năm 2020 Địa chỉ: Viện Điện tử/Viện KH-CN quân * Email: evn.vdt@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, - 2020 31 ... ĐUN TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ THỐNG TÁC CHIẾN ĐIỆN TỬ Mô đun РОУ-400 sản xuất công ty cổ phần điện tử ELCUS thu? ??c Đại học Kỹ thu? ??t điện Quốc gia SAINT-PETERSBURG (LEEI) Mô đun sử dụng hệ thống tác chiến. .. thu phát … Nga chế tạo. ” Nghiên cứu khoa học công nghệ Data In- IC thu phát đường truyền Tại đây, liệu bù mức thành 3.3V đưa đến DSP qua chân DR (dữ liệu thu) FSR (dữ liệu đồng khung) Chân FSR phát. .. dạng truyền thông theo ГОСТ- 87 [4] Truyền thông chế độ lệnh với từ liệu (truyền tin) theo định dạng 5: BC gửi lệnh với địa 31 xác định mã chế độ RT trả lời từ trạng thái, từ liệu Truyền thông chế