РЕАЛИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВАХ
Аннотация
Целью работы – это создание производительного вычислительного устройства для
бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) наземного робототехни-
ческого комплекса (РТК) на отечественной элементной базе. Дано формальное описание
типовых достаточных функций, выполняемых БИНС и описаны основные принципы алго-
ритмов с точки зрения требования к вычислительным ресурсам. Приведено описание имею-
щихся на рынке отечественных микроконтроллеров и сравнение с ближайшим зарубежным
аналогом. Результаты проведенного макетирования показали принципиальную возможность,
но невысокую перспективность создания вычислительных устройств на одном микрокон-
троллере. В связи с этим были выработаны и реализованы технические предложения по уве-
личению вычислительной мощности по средствам построения архитектуры многопроцес-
сорного вычислителя. Как следствие потребовалась выработка особых подходов к проекти-
рованию алгоритмов и программного обеспечения. Организация распределенных вычислений
является одним из наиболее оптимальных методов обеспечения расчета алгоритмов функ-
ционирования. Введение в контур вычислителя дополнительных микропроцессоров позволило
не только увеличить вычислительную мощность, но и ввести дополнительные интерфейсы
взаимодействия как с потребителем, так и с датчиками первичной информации. Предло-
женный вариант распределения алгоритмов функционирования БИНС позволил обеспечить
создание задела на перспективы развития и масштабируемость системы. Наиболее ресурсо-
емким алгоритмом является расчет инерциальных координат, реализованный в виде итера-
тивного расчета определения широтной составляющей местоположения. Также запас про-
изводительности может позволить реализовать дополнительные адаптивные алгоритмы
фильтрации и обработки данных по результатам испытаний и эксплуатации наземного под-
вижного объекта. Обоснован выбор интерфейса внутриплатного обмена между контролле-
рами и описано его практическое применение. Создание замкнутого контура обмена инфор-
мацией позволило реализовать дополнительные параллельные вычисления вторичной инфор-
мации и выполнить расчет автономного счисления координат местоположения объекта.
Описанные технические решения могут быть использованы при проектировании встраивае-
мых вычислителей для объектов различного назначения функционирующих на базе жесткой
логики. В качестве основного недостатка представленного подхода к проектированию вы-
числителя можно обозначить ограниченный функционал при работе с постоянно запоми-
нающими устройствами.
Литература
sistem [State and prospects for the development of inertial navigation systems], Mekhatronika,
avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation, control], 2006, No. 3.
2. Vasil'ev K.K., Anikin A.A. Kalmanovskoe kompleksirovanie i modelirovanie navigatsionnykh
sistem [Kalmanov complexing and modeling of navigation systems], Elektronnaya tekhnika:
Mezhvuzovskiy sbornik nauchnykh trudov [Electronic technology: Interuniversity collection
of scientific papers], ed. by D.V. Andreeva. Ul'yanovsk: UlGTU, 2005.
3. Grewal M., Henderson V., Miyasako R. Application of Kalman filtering to the calibration and
alignment of inertial navigation systems, IEEE Transactions, Automatic Control, 1991, Vol. 36.
4. Alyamov A.E., Balasov I.Yu., Bazhanov V.A. Importozameshchenie elektronnoy komponentnoy
bazy v oboronnom proizvodstve [Import substitution of electronic component base in defense production],
Vserossiyskiy ekonomicheskiy zhurnal EKO [All-Russian economic journal ECO], 2015.
5. Ofitsial'nyy sayt AO «PKK Milandr» [Official website of PKK Milandr]. Available at:
https://ic.milandr.ru/ (accessed 22 December 2018).
6. Carmine Noviello. Mastering STM32, 2018.
7. Agus Kurniawan. Getting Started With STM32 Nucleo Development, 2016.
8. Geoffrey Brown, Discovering the STM32 Microcontroller, 2016.
9. Warren Gay. Beginning STM32: Developing with FreeRTOS, libopencm3 and GCC», 2018.
10. Vincent Mahout, Assembly Language Programming: Arm® Cortex®-M3», 2011.
11. Kosyakov M.S. Vvedenie v raspredelennye vychisleniya [Introduction to distributed computing].
Saint Petersburg: NIU ITMO, 2014, 155 p.
12. Romanov A.A. Raspredelennye vychisleniya i prilozheniya: ucheb. posobie [Distributed Computing
and Applications: textbook]. UlGTU, 2018, 152 p.
13. Tanenbaum E., van Steen M. Raspredelennye sistemy. Printsipy i paradigm [Distributed systems.
Principles and paradigms]. Saint Petersburg: Piter, 2003, 877 p.
14. Tel' Zh. Vvedenie v raspredelennye algoritmy [Introduction to distributed algorithms]: Transl.
from englsh. Moscow: MTSNMO, 2009, 616 p.
15. Rukovodstvo SPI v3.06 [SPI Manual v3.06], WebArchive [2015-2018]. Available at:
http://www.ee.nmt.edu/~teare/ee308l/datasheets/S12SPIV3.pdf (accessed 22 December 2020).
16. Stallings W. Operating Sysytems: Internal and design principles. Seventh edition. Prentice
Hall, 2011.
17. Tel G. Introduction to Distribyted Algorithms. Second edition. Cambridge University Press, 2000.
18. Blagodarov A.V. Programmirovanie mikrokontrollerov [Programming of microcontrollers].
Moscow, 2016, 242 p.
19. Endryu Tanenbaumom. Arkhitektura komp'yutera [Structured Computer Organization]. 6 ed.,
2013, 801 p.
20. Belov A.V. Konstruirovanie ustroystv na mikrokontrollerakh [Designing devices on microcontrollers].
Saint Petersburg: Nauka i Tekhnika, 2005, 256 p.
