中繼器技術(shù)方案

中繼器

技術(shù)方案共冊第冊共16頁

1概述 12設備組成 13主要功能及技術(shù)指標要求 13.1主要功能 13.2接口要求 13.3功耗 23.4外形尺寸及重量 23.5顏色 23.6攜行要求 錯誤！未定義書簽。3.7環(huán)境適應性 23.8電磁兼容性 33.9可靠性 33.10維修性 33.11安全性 錯誤！未定義書簽。4總體技術(shù)方案 34.1硬件設計 34.2軟件設計 44.3結(jié)構(gòu)設計 64.4可靠性設計 84.5維修性設計 11高速有線中繼器

技術(shù)方案1概述高速有線中繼器（以下簡稱“中繼器”）主要配備在XXX系統(tǒng)，用于實現(xiàn)高速有線數(shù)話同傳接口的距離延伸。本文描述的對象是中繼器硬件以及軟件，通過對設計的思路的詳細描述，為進一步的詳細設計、軟件配置項測試的設計等工作提供依據(jù)。設備組成高速有線中繼器1部，隨機資料1份。主要功能及技術(shù)指標要求3.1主要功能具有高速有線數(shù)話同傳接口，能將兩個高速有線數(shù)話同傳接口上的數(shù)據(jù)準確無誤的相互轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)高速有線數(shù)話同傳接口的距離延伸。1高速有線中繼器應用場景示意圖1高速有線中繼器應用場景示意圖圖3.2接口要求a）充電接口接口數(shù)量：1個。電壓：直流電源接口24VDC。b）高速有線數(shù)話同傳接口接口數(shù)量：2個。傳輸體制：G.SHDSLo接口速率：128/256/512/1024/2048kbps。3.3功耗不大于4Wo3.4連續(xù)工作時間中繼器連續(xù)工作時間大于8小時。3.5外形尺寸及重量a） 外形尺寸：。b） 重量：不大于2kgo3.6顏色符合GB/T3181的規(guī)定，顏色為GSB05-1426-2001《漆膜顏色標準樣卡》中GY04草綠色（亞光）。3.7環(huán)境適應性a） 低溫工作：按GJB150.4A-2009的規(guī)定執(zhí)行；溫度：-40°C；b） 低溫儲存：按GJB150.4A-2009的規(guī)定執(zhí)行；溫度：-50C；c） 高溫工作：按GJB150.3A-2009的規(guī)定執(zhí)行；溫度：+55C；d） 高溫存儲：按GJB150.3A-2009的規(guī)定執(zhí)行；溫度：+70C；e） 濕熱：按GJB150.9A-2009中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行；f） 浸漬：按GJB150.14A-2009中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行；g） 振動：按GJB150.16A-2009附錄A中表A7和圖A8（V曲線）的規(guī)定執(zhí)行；h） 沖擊：按GJB150.18A-2009中實驗五的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；i） 鹽霧：按GJB150.11A-2009的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。3.8電磁兼容性電磁兼容性設計符合GJB151A-1997中CE102、CS101、CS114、RE102、RS103的要求。3.9可靠性MTBF不小于4000h。3.10維修性MTTR不大于30min?？傮w技術(shù)方案4.1硬件設計4.1.1設備硬件組成中繼器由功能板、有線模塊及供電電池組成。中繼器硬件組成框圖如圖2：圖2中繼器硬件組成框圖中繼器硬件由CPU、FPGA、傳輸模塊、指示燈接口、速率選擇開關(guān)、電源部分、程序升級部分等組成。雙路G口傳輸模塊實現(xiàn)高速有線數(shù)話同傳接口的引出；FPGA完成兩路高速有線數(shù)話同傳接口之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；速率選擇開關(guān)實現(xiàn)高速有線數(shù)話同傳接口速率的設置；指示燈提供CPU運行狀態(tài)、充電指示狀態(tài)、線路連接狀態(tài)等指示；程序下載升級口向開發(fā)或維護人員提供程序升級的接口；CPU完成G口傳輸模塊的初始化及鏈路維護工作，接收用戶對高速有線數(shù)話同傳接口速率設置參數(shù)的接收，對指示燈狀態(tài)進行控制，對充電狀態(tài)進行監(jiān)控。4.2軟件設計4.2.1設備軟件組成設備采用高性能ARM7芯片做為處理器，軟件系統(tǒng)為嵌入式，軟件采用模塊結(jié)構(gòu)化、層次化的軟件構(gòu)架設計，根據(jù)設備功能要求嵌入式軟件主要分為5個模塊：處理器驅(qū)動模塊、G口線路管理模塊、電池管理模塊、參數(shù)設置模塊、狀態(tài)指示模塊。設備軟件框圖如圖3所示。

G口線路G口線路管理模塊-P處理器」「驅(qū)動模塊圖3軟件組成框圖4.2.2設備軟件模塊功能描述及其之間接口4.2.2.1設備軟件模塊功能描述各模塊功能描述如下：a） 處理器驅(qū)動模塊：完成處理器各個功能模塊的驅(qū)動和芯片自檢，使之與硬件平臺的無縫連接，以及軟件運行環(huán)境的搭建；b） G口線路管理模塊：主要完成有線的啟動、建鏈、訓練以及對有線的狀態(tài)進行管理、維護和指示功能；c） 電池管理模塊：完成電池模塊的初始化、設置參數(shù)、管理狀態(tài)等功能；d） 參數(shù)設置模塊：完成檢測用戶輸入有線速率、主從等參數(shù)信息，并完成設置。e） 狀態(tài)指示模塊：完成設備運行中各個狀態(tài)指示功能；4.2.2.2軟件模塊間的接口關(guān)系軟件模塊間的接口關(guān)系如圖4所示。圖4設備軟件模塊間接口關(guān)系圖4.3結(jié)構(gòu)設計4.3.1設備外觀4.3.2電磁兼容性設計設備通常處在惡劣電磁環(huán)境中工作，電磁兼容設計不理想不但自身向外輻射電磁干擾信號，同時會受到周圍設備的電磁干擾。因此便攜式通信網(wǎng)絡控制設備的電磁兼容設計顯得尤為重要。首先對設備機箱采用鋁合金整體加工方式，保證整體的電連續(xù)性，顯示屏前采用屏蔽玻璃進行電磁隔離，鍵盤部位也采取了屏蔽濾波措施，機箱前后面板接觸處及機箱與蓋板接觸處設計雙峰導電密封條，實現(xiàn)密封和導電的雙重效果；其次對設備的信號輸入輸出口使用外殼導電的航空連接器，并用濾波器隔離；第三對電源的輸入口除用n型濾波器隔離外，還加裝電源濾波器，有效防止電源線的傳導干擾。經(jīng)過以上手段和方法使得設備滿足惡劣電磁環(huán)境下的使用要求。4.3.3熱設計由于功耗不大，器件產(chǎn)生的熱量主要通過輻射與對流傳至機箱，再由機箱將熱量通過輻射及對流散發(fā)至周圍環(huán)境中，如有發(fā)熱較大的器件可考慮將器件貼近殼體利用傳導方法將熱量傳至機殼，降低器件與環(huán)境的溫差。整機主要采用機殼傳導散熱方式，對主板上的CPU處理芯片、主交換芯片及電源模塊等主要部件加導向板方式以傳到機殼散熱。4.3.4減振抗沖設計減振抗沖設計包括兩個方面：一方面是采用減振裝置，吸收振動能量，另一方面是加強剛性設計，避免系統(tǒng)產(chǎn)生共振。根據(jù)以往設計經(jīng)驗，大尺寸的顯示器（含屏蔽玻璃）容易在振動下受損，因此需要重點對這個部件加強減振抗沖加固措施。對其他電路板而言，具有一定高度的直立元件在隨機振動下容易發(fā)生共振而導致元件的齊根斷裂，如常用的鋁電解電容等，而表貼的低矮器件在這一方面具有相當?shù)膬?yōu)勢。對整體設計而言，減振抗沖設計重點解決整機結(jié)構(gòu)強度問題，保證便攜式通信網(wǎng)絡控制設備在各種條件下均不會發(fā)生共振情況。設計中延用了便攜式通信網(wǎng)絡控制設備設計的成功經(jīng)驗，主要采用以下設計途徑：a） 機箱整體采用鋁合金材料整體加工而成，提高設備整體強度；b） 在顯示屏（含屏蔽玻璃）安裝框四邊襯橡膠減振墊；對屏蔽玻璃采用橡膠墊和導電泡棉等材料實現(xiàn)隔振和導電的要求；c） 單元板采用導軌方式固定，通過矩形插頭座與前部的母板互聯(lián)，母板采用表貼原件，并與機箱通過多點固定，提高其整體強度，避免電路板發(fā)生共振，保證各接插件的可靠接觸；d） 內(nèi)部各電連接器采用軍用電連接器或用硅膠、固定條固定，確保連接可靠；e） 系統(tǒng)整體通過橡膠減振措施，以降低振動、沖擊對單元板的影響；f） 便攜式通信網(wǎng)絡控制設備保護蓋四角有橡皮墊，降低跌落時的沖擊強度，防止便攜式通信網(wǎng)絡控制設備跌落損壞。上述方法在其他便攜式通信網(wǎng)絡控制設備中已有成熟應用，并且取得了良好的效果，采取上述技術(shù)的樣機在環(huán)境試驗中的表現(xiàn)也驗證了上述措施的有效性4.4可靠性設計4.4.1可靠性設計原則a） 冗余設計和功能替代。系統(tǒng)的關(guān)鍵設備盡可能采取冗余、動態(tài)備份設計，軟件和信息、數(shù)據(jù)也要采取冗余設計措施。冗余的設備、軟件具備功能替代手段（包括系統(tǒng)之間功能替代，指揮工作席位之間的功能替代、模塊功能相互替代）；b） 自檢自診斷。關(guān)鍵設備及主要軟件功能模塊等都應具有自檢自診斷功能；c） 容錯和排誤操作功能（自我保護功能）。如人機界面應具有排除誤操作功能，某軟件模塊或進程故障不影響整個系統(tǒng)運行等；d） 標準化設計。標準化設計是冗余備份和功能替代的可靠保證；e） 單板（硬、軟設備）可監(jiān)控；f）備件貯備原則。關(guān)鍵設備應有部件或模塊備份。4.4.2可靠性建模在系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)確定之后，建立系統(tǒng)的可靠性模型，對可靠性進行估算，判斷是否滿足可靠性指標。如果滿足指標要求，可基本確定系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)詳細設計時，應對系統(tǒng)可靠性薄弱環(huán)節(jié)進行分析，并采取措施，提高整個系統(tǒng)可靠性。如果經(jīng)可靠性估算滿足不了可靠性指標要求，則可靠性設計要重點找出系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)，采取提高可靠性措施。對全系統(tǒng)可靠性再次進行估算，直到滿足系統(tǒng)可靠性指標為止。在軟件研制全過程中全面引入并實施CMMI和軟件工程方法，提高軟件可靠性。采用系統(tǒng)監(jiān)控等先進手段，監(jiān)視系統(tǒng)主要工作狀態(tài)，記錄、報告、定位系統(tǒng)設備故障及其臨界狀態(tài)，縮短系統(tǒng)的修復時間和提高系統(tǒng)的平均無故障工作時間。4.4.3可靠性設計措施系統(tǒng)設計采取下列措施：a） 根據(jù)系統(tǒng)的功能模型建立可靠性模型；b） 進行可靠性分析和可靠性分配；c） 在可靠性預計、故障模式和影響分析等工作基礎上確定可靠性薄弱環(huán)節(jié)，查出潛在不可靠因素，采取有效的可靠性設計措施;d） 進行可靠性設計評審；e） 采用先進成熟的技術(shù)；f） 采用必要的備份、冗余設計；g） 采用三化設計和標準化設計；h） 進行環(huán)境適應性設計；i） 強化維修性設計；j） 系統(tǒng)功能降級重組設計；k） 系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)設計。系統(tǒng)的軟件要求有很好的實用性、可靠性、可維性和可移植性，系統(tǒng)應用軟件的設計必須采取以下措施：a） 強化軟件方案設計、概要設計和詳細設計的評審和檢驗工作；階段評審的過程中對軟件設計質(zhì)量進行跟蹤，編制詳細的軟件設計文檔，用文件記錄評審的過程和結(jié)果；b） 軟件研制過程的模塊測試、集成測試、系統(tǒng)測試和驗收測試，必須制定詳細測試計劃、測試規(guī)范和測試用例，明確描述軟件測試的附加應力和合格判據(jù)，詳細記錄軟件的測試結(jié)果和評判結(jié)論，對軟件的各種測試，嚴格實行測試一故障分析一軟件修改一測試確認的閉環(huán)過程；c） 各軟件任務必須向系統(tǒng)管理席提供運行狀態(tài)信息，軟件任務本身要具備運行狀態(tài)指示、故障報告手段；d） 對應用軟件的配置進行管理，對軟件的版本進行控制，強化軟件版本升級的控制程序；e） 所有軟件模塊具有容錯、排誤功能；f） 提高軟件設計的通用化、系列化、組合化水平，通過軟件的可重用性，提高軟件的可靠性。4.4.4可靠性設計控制為最終滿足系統(tǒng)可靠性設計指標，要求在系統(tǒng)整個研制過程中重點落實下列措施，進行可靠性控制：a） 可靠性設計評審；b） 研制設備試驗、測試和考核；c） 軟件測試；d） 優(yōu)選關(guān)鍵部件；e） 例行試驗；f） 可靠性考核、審查。4.5維修性設計4.5.1維修性設計準則維修性和可靠性是相輔相承的，可靠性是基礎，維修性是可靠性的補充和支持。因此在系統(tǒng)研制過程中，必須重視可維修性的設計。系統(tǒng)采取通用化、系列化、組合化的結(jié)構(gòu)設計和軟件設計，以便維護和更換，采取措施能讓系統(tǒng)維護人員在最短的時間能定位故障，能以最快的速度排除故障，保障在作戰(zhàn)任務持續(xù)時間內(nèi)系統(tǒng)可用度達到戰(zhàn)技指標要求。維修性設計遵循下列準則：a） 自檢自診斷：關(guān)鍵單板及接口、主要軟件功能模塊等都具有自檢自診斷功能；b） 軟件快速修復：軟件能夠便于更新和修復，軟件修復的工作簡單，工作量??；c） 符合“三化”要求：設備主要接口、結(jié)構(gòu)和主要軟件模塊要達到通用化、系列化和組合化要求。采用通用、標準部件，減少維修時備用部件的品種。各組成部分選用的緊固件、元器件符合標準化要求，各設備的信號接口都應符合相應標準，以有利于生產(chǎn)和維修；d） 防錯要求：防止維修差錯就是盡量從結(jié)構(gòu)上消除發(fā)生差錯的可能性。識別標記就是在各種設備的接頭、檢測點、維修零部件、備件等上面做出識別記號，避免維修中因出差錯而發(fā)生事故；e） 維修可達性要求：各單體和單板在設備臺內(nèi)安裝布局時，應根據(jù)各單體設備的功能、使用性、重量及外形尺寸，以及方便維修的原則，合理布局，留有適當?shù)挠^察間隙，保證進行裝拆、檢測和維修時具有良好的可達性。4.5.2維修性設計措施a） 故障告警：設備硬件模塊具有工作狀態(tài)指示和故障告警措施，及時顯示和報告故障信息，并定位故障位置；b） 設備狀態(tài)監(jiān)控：對設備主要電路和接口的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控并記錄；c） 采用可測試性技術(shù)：模塊板內(nèi)部的可測試性關(guān)鍵在于確保測試向量的可達性和測試結(jié)果的可觀察性。模塊板上設有關(guān)鍵信號的測試點、測試電路以及故障指示，使模塊板內(nèi)的故障能迅速定位，為維修帶來方便；d） 設備通用化設計