Nghiên cứu làm chủ khối BM1 - Máy tính điều khiển máy КБ163П của hệ thống điều khiển phóng tên lửa 3M-24Э

Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU LÀM CHỦ KHỐI BM1 – MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN<br /> MÁY КБ163П CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÓNG<br /> TÊN LỬA 3M-24Э<br /> Phạm Xuân Công1*, Phạm Văn Hậu1, Dương Mạnh Cường1, Đinh Văn Ngọc1,<br /> Nguyễn Văn Bình2, Thân Văn Doanh3<br /> Tóm tắt: Khối BM1 là khối máy tính điều khiển máy КБ163П trong hệ thống<br /> điều khiển phóng tên lửa 3M-24Э trên tàu (КАСУ). Bài báo này trình bày các<br /> nghiên cứu làm chủ về mặt phần cứng và phần mềm của khối máy tính chuyên dụng<br /> BM1 đó.<br /> Từ khóa: Tên lửa 3M-24Э, Hệ thống điều khiển phóng tên lửa KACY, BM1.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Hệ thống điều khiển phóng tên lửa 3M-24Э trên tàu (КАСУ) bao gồm máy trung tâm<br /> КУ163Ц trên khoang điều khiển và các máy КБ163П giao tiếp trực tiếp với các quả đạn<br /> trong ống phóng. Máy КБ163П chứa các khối chức năng, trong đó, BM1 là khối máy tính<br /> điều khiển. Việc nghiên cứu làm chủ khối BM1 nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả công<br /> tác đảm bảo kỹ thuật cho tổ hợp tên lửa URAN-E trên tàu hải quân lớp 12418. Nghiên cứu<br /> làm chủ khối BM1 cần thực hiện các công việc: nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các<br /> card chức năng; vẽ lại sơ đồ nguyên lý và tìm hiểu card МЦО; dựng sơ đồ cáp nối của khối<br /> BM1; tìm hiểu khả năng sửa chữa khối BM1; sao lưu thẻ nhớ chứa chương trình điều khiển,<br /> nghiên cứu cấu trúc lưu trữ file, cấu trúc chương trình trong khối BM1.<br /> 2. CẤU TẠO, CHỨC NĂNG KHỐI BM1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Khối BM1 khi mở nắp.<br /> 2.1. Chức năng<br /> Khối BM1 thực hiện chức năng kết nối với máy điều khiển trung tâm КУ163Ц theo<br /> đường truyền mạng Ethernet nội bộ và các đường truyền đa truy nhập nối tiếp cơ bản và dự<br /> phòng (theo chuẩn MIL-STD-1553B). Khối BM1 nhận lệnh từ máy trung tâm để điều khiển<br /> hoạt động của 4 quả đạn tên lửa thông qua đường truyền lệnh rơ le và đường truyền số, đồng<br /> thời truyền về máy trung tâm tình trạng hoạt động của các tên lửa trong ống phóng.<br /> 2.2. Cấu tạo của BM1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 171<br />  Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> - 01 ISA card cage phân phối nguồn nuôi và bus dữ liệu cho toàn bộ các card chức<br /> năng của BM1.<br /> - 01 bộ vi xử lý trung tâm CPU686E, chạy hệ điều hành QNX.<br /> - 01 card KB686E-3: card mở rộng giao tiếp cho CPU686E.<br /> - 01 thẻ nhớ Flash Disk 128MB: lưu trữ chương trình điều khiển.<br /> - 02 card DI-32 Isolated Digital Input : nhận thông tin số 32bit.<br /> - 01 card DO-32 Isolated Digital Output : Điều khiển số 32bit.<br /> - 01 card TX1-MP: trao đổi thông tin theo kênh đa truy nhập nối tiếp.<br /> - 01 card МЦО : trao đổi thông tin số nối tiếp với tên lửa.<br /> - 01 card CTC5300 : đồng bộ thời gian thực.<br /> - 01 card nguồn МПР3-512ДМ: biến đổi nguồn DC-DC từ 27V xuống ±12V và 5V<br /> nuôi máy BM1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Sơ đồ cấu trúc của khối BM1.<br /> 2.3. Cáp nối và giao tiếp ngoại vi của BM1<br /> Trên khối BM1 có 7 cổng cắm kết nối ra ngoài với các thành phần khác trong máy<br /> КБ163П cũng như tổ hợp КАСУ, bao gồm từ X1 đến X7:<br /> - X1 ở phía sau kết nối BM1 vào trong máy КБ163П là cổng cấp nguồn và một số<br /> trạng thái tín hiệu đầu vào, tín hiệu điều khiển đầu ra giữa máy КБ163П với các thành<br /> phần còn lại của tổ hợp КАСУ.<br /> - X2 phía mặt máy là jack kết nối BM1 với các đường truyền nội bộ của КАСУ: đường<br /> truyền Ethernet và đường truyền đa truy nhập nối tiếp.<br /> - X3-X6 phía mặt máy tương ứng kết nối các lệnh rơ le và thu thập thông tin trạng thái<br /> đến 4 quả tên lửa và ống phóng mà BM1 được phân công điều khiển.<br /> - X7 là cổng kéo dài của cổng COM1 tích hợp trên CPU686E, kết nối BM1 với máy<br /> tính của nhà sản xuất để cấu hình và cài đặt chương trình.<br /> 3. KHAI THÁC LÀM CHỦ KHỐI BM1<br /> 3.1. Về mặt phần cứng<br /> Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các card, xây dựng sơ đồ đấu nối cáp trong khối<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 172 P.X.Công, P.V.Hậu, D.M.Cường, …, “Nghiên cứu làm chủ khối BM1… tên lửa 3M-24Э.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> Như đã trình bày ở trên, khối BM1 chứa các card chức năng cắm trên một ISA card<br /> cage như CPU686E, DI32-5, DO32-5, TX1, MЦO, 5300. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành<br /> khảo sát và tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các card này, trong đó hầu hết đều là các<br /> module thương mại có sẵn trên thị trường. Card CPU686E là card máy tính xử lý trung<br /> tâm, chứa thẻ nhớ chương trình điều khiển, chịu trách nhiệm điều hành toàn bộ hoạt động<br /> của máy, cũng như giao tiếp với máy КУ163Ц và các tên lửa. Card DI32-5 và DO32-5<br /> được dùng để truyền nhận dữ liệu vào/ra số. Card TX1-MP được dùng để giao tiếp với<br /> máy КУ163Ц và các thành phần khác của КАСУ qua kênh đa truy nhập nối tiếp, card này<br /> chỉ thực sự hoạt động truyền dữ liệu khi đường truyền khác gặp sự cố. Card CTC5300<br /> dùng để đồng bộ hoá thời gian thực các thành phần trong khối, đồng thời còn có một chức<br /> năng tạo địa chỉ vật lý ảo cho khối trong КАСУ. Đặc biệt, chỉ có module MЦO là card<br /> giao tiếp trực tiếp với tên lửa 3M-24Э do nhà sản xuất chế tạo, giữ bản quyền và không<br /> công bố bất cứ thông tin nào.<br /> Nhóm nghiên cứu đã khảo sát và xây dựng bộ mô tả nguyên lý hoạt động, cấu hình địa<br /> chỉ, cấu hình ngắt điều khiển của các card chức năng này. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu<br /> cũng xây dựng thành công bảng sơ đồ đấu nối cáp chi tiết của các card chức năng trong<br /> khối BM1 cũng như sơ đồ jắc cắm giao tiếp ra bên ngoài của khối.<br /> Nghiên cứu, chế tạo module chuyên dụng MЦO<br /> Card МЦО bảo đảm việc trao đổi thông tin số giữa BM1 và 4 quả đạn tên lửa theo<br /> đường truyền nối tiếp, dùng mã 2 cực, 3 bậc theo chuẩn ARINC429 (Nga: ГОСТ 18977-<br /> 79). Chương trình điều khiển thực hiện việc trao đổi và truyền thông tin với máy tính trên<br /> khoang của tên lửa thông qua giao diện LPT (trên card mở rộng KB686E-3 của<br /> CPU686E).<br /> Việc nghiên cứu, khảo sát card MЦO được tiến hành tỉ mỉ, chính xác sử dụng các công<br /> cụ thu thập dữ liệu, phân tích logic, dịch ngược phần mềm điều khiển, để phục dựng lại sơ<br /> đồ nguyên lý của card nguyên mẫu, trên cơ sở đó tiến hành xây dựng sơ đồ nguyên lý mới<br /> và chế tạo thành công card MЦO.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Hình ảnh card MЦO-VN chế tạo mới.<br /> Nghiên cứu, thu thập dữ liệu qua card TX1-MP<br /> Card TX1-MP đảm bảo việc kết nối giữa BM1 với máy điều khiển trung tâm và các<br /> thành phần còn lại trong КАСУ theo kênh đa truy nhập nối tiếp chuẩn MILSTD 1553B<br /> với hai kênh truyền: kênh cơ bản và kênh dự phòng.<br /> Nhóm nghiên cứu đã phân tích làm chủ driver điều khiển của TX1-MP, viết phần mềm<br /> để có thể thu thập các gói tin truyền trên card này. Việc thu thập gói tin của TX1 giúp hiểu<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 173<br />  Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> rõ hơn hoạt động trao đổi thông tin giữa các thành phần trong КАСУ, từng bước làm chủ<br /> toàn bộ hệ thống này.<br /> Nghiên cứu, chế tạo module nguồn<br /> Qua thực tế hoạt động của các khối BM1 trên tàu hải quân, TX1-MP và card nguồn là<br /> các thành phần dễ gặp sự cố nhất. Nhóm nghiên cứu đã khảo sát, đề xuất phương án chế<br /> tạo và sản xuất thành công card nguồn mới sử dụng các linh kiện mới, chất lượng tốt hơn<br /> đảm bảo hoạt động với cường độ cao và thực hiện nhiệm vụ đặc biệt quan trọng của BM1.<br /> 3.2. Về mặt phần mềm<br /> Phân tích thẻ nhớ chứa chương trình điều khiển<br /> Thẻ nhớ của khối BM1 trên máy КБ163П chứa chương trình điều khiển chạy hệ điều<br /> hành QNX4.25. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành sử dụng các công cụ đặc thù để sao lưu và<br /> đọc thẻ nhớ chương trình của khối.<br /> Bảng 1. Mô tả chức năng một số thư mục và tệp chính trên thẻ nhớ BM1.<br /> Tên thư mục, tệp Mô tả<br /> /bin Chứa các trình khả thi của hệ thống, thư viện của TX1<br /> /boot Chứa các tệp phục vụ quá trình khởi động<br /> /etc Chứa các tệp cấu hình hệ thống, cấu hình khởi động, cấu hình<br /> mạng<br /> /home Chứa các tệp của người dùng, chương trình điều khiển<br /> /qnx4 Chứa các tệp của QNX4<br /> /usr Chứa các thư viện người dùng, các tệp hỗ trợ<br /> .boot Tệp ảnh khởi động<br /> Khi khởi động, QNX loader sẽ tải ảnh của hệ điều hành từ tệp .boot để tải ảnh của hệ<br /> điều hành, sau đó nhường quyền điều khiển cho hệ điều hành. Hệ điều hành tiếp tục xem<br /> xét bên trong tệp sysinit trong thư mục /etc/config để tải các driver và chạy các chương<br /> trình hệ thống và các ứng dụng chạy tự động.<br /> Chương trình điều khiển khối BM1 nằm trong thư mục /home/granit. Thư mục này có<br /> khoảng hơn 70 tệp, là các tệp kịch bản (script) và các tệp chương trình phục vụ các chế độ<br /> khác nhau của КАСУ.<br /> Các khối BM1 có thể dùng chung giữa các máy КБ163П, do đó, mỗi khi bộ đội tháo<br /> lắp khối BM1, BM1 có khả năng tự động nhận biết nó đang ở máy КБ163П nào và tự<br /> động cấu hình lại phần mềm để có thể hoạt động đúng vị trí và đúng các quả tên lửa.<br /> Thu gói tin truyền giữa BM1 và máy tính trung tâm<br /> Hệ thống КАСУ bao gồm 6 máy giao tiếp với nhau qua hai chuẩn kết nối là Ethernet<br /> và chuẩn đa truy cập nối tiếp MIL-STD-1553b. Cả 6 máy trên hệ thống đều cài hệ điều<br /> hành QNX 4.25, sử dụng chuẩn giao tiếp FLEET. FLEET là một giao thức liên lạc giữa<br /> các tiến trình trên mạng độc quyền của QNX. Các máy tính cài hệ điều hành khác sẽ<br /> không thể tham gia vào giao thức này. Gói tin theo giao thức FLEET vẫn dựa trên giao<br /> thức TCP/IP, với 2 bytes mã nhận dạng là 0x80 và 0x23. Các máy trên hệ thống КАСУ<br /> tham gia vào mạng FLEET dưới dạng các NODE. Để thu được các gói tin FLEET, nhóm<br /> nghiên cứu phải sử dụng công cụ hỗ trợ cả về phần cứng và phần mềm.<br /> Việc thu thập và phân tích gói tin FLEET cũng góp phần làm rõ hoạt động của КАСУ,<br /> từ đó từng bước làm chủ khối BM1 và toàn bộ КАСУ.<br /> Dịch ngược phần mềm điều khiển<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 174 P.X.Công, P.V.Hậu, D.M.Cường, …, “Nghiên cứu làm chủ khối BM1… tên lửa 3M-24Э.”<br /> Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> Chương trình điều khiển khối BM1 nằm trong thư mục /home/granit. Để có thể làm chủ<br /> hoàn toàn khối này, nhóm nghiên cứu phải phân tích và dịch ngược các phần mềm điều<br /> khiển của khối. Việc phân tích, dịch ngược mã chương trình điều khiển là một việc làm hết<br /> sức khó khăn, đòi hỏi trình độ kĩ thuật cao và tích luỹ kinh nghiệm tốt.<br /> Để dịch ngược một chương trình, nhóm nghiên cứu đã tiến hành chạy từng dòng lệnh<br /> mã máy, sau đó xây dựng lại mã hợp ngữ của chương trình. Từ mã hợp ngữ, nhóm nghiên<br /> cứu tiếp tục phân tách và xây dựng các hàm, dựng lại sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán của từng<br /> hàm. Tiếp theo, từ sơ đồ khối, nhóm xây dựng lại chương trình bằng ngôn ngữ lập trình<br /> bậc cao. Cuối cùng, biên dịch chương trình và so sánh kết quả chạy để kiểm chứng. Quá<br /> trình này phải tiến hành rất nhiều lần để khẳng định kết quả hoạt động của chương trình<br /> dịch ngược so với chương trình gốc phải hoàn toàn giống nhau.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Chạy từng dòng lệnh assembly để nghiên cứu đảo mã chương trình.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Phân tích, khôi phục sơ đồ khối và chương trình C từ mã hợp ngữ.<br /> 3.3. Xây dựng thiết kế tổng thể khối BM1<br /> Nghiên cứu khảo sát hỏng hóc và đưa ra các phương án sửa chữa<br /> Từ các kết quả nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã xây dựng được các bước phân tích khả<br /> năng hỏng hóc và đưa ra phương án khắc phục, sửa chữa (nếu có) đối với khối BM1.<br /> Thiết kế, sản xuất khối BM1 mới<br /> Từ các kết quả nghiên cứu phần cứng và thống phần mềm điều khiển, nhóm nghiên cứu<br /> đã xây dựng thành công thiết kế tổng thể khối BM1, bao gồm: thiết kế cơ khí – điện, thiết<br /> kế sơ đồ nguyên lý của các module phần cứng, xây dựng lại bộ phần mềm điều khiển. Các<br /> thiết kế này đã được sử dụng để sản xuất một số khối BM1 mới.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 40, 12 - 2015 175<br />  Thông tin khoa học công nghệ<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Trong khuôn khổ bài báo này, nhóm nghiên cứu trình bày vắn tắt một số kết quả nghiên<br /> cứu làm chủ khối tính toán BM1 của hệ thống điều khiển phóng tên lửa КАСУ 3Р-60УЭ-<br /> 1241.8. Từ các nghiên cứu được tiến hành tỉ mỉ, chính xác cả về phần cứng và phần mềm,<br /> nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành công bộ tài liệu thiết kế khối BM1 mới.<br /> Bắt đầu từ cuối năm 2014, Viện Công nghệ thông tin/Viện KH-CNQS đã tiến hành chế<br /> tạo thành công khối BM1 mới, qua thử nghiệm hoạt động tốt tại phòng thí nghiệm và được<br /> sự cho phép của QCHQ, khối BM1 đã triển khai thử nghiệm thực tế trên hệ thống chiến<br /> đấu tại Vùng 4 Hải quân từ tháng 6/2015.<br /> Từ những thành công ban đầu, nhóm nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu làm chủ chế tạo<br /> máy КБ163П và tiến tới làm chủ toàn bộ hệ thống КАСУ 3Р-60УЭ-1241.8.<br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. “Thuyết minh kỹ thuật tên lửa 3М-24Э”, tập 1 và tập 2.<br /> [2]. “Bộ thuyết minh kỹ thuật tổ hợp tên lửa URAN-E trên tàu lớp 12418”.<br /> [3]. Phạm Hồng Long và các cộng sự. “Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị chuyên<br /> dụng phục vụ bảo đảm tổ hợp tên lửa URAN-E”, Báo cáo tổng kết đề tài nền cấp Viện<br /> KH-CNQS (4-2014).<br /> ABSTRACT<br /> RESEARCHING AND MANUFACTURING CARD MЦO IN MODULE BM1 IN 3M-<br /> 24Э MISSILE LUNCHER SYSTEM USING DESIGN REVERSE TECHNOLOGY.<br /> BM1 is a controling module in КБ163П, which is a part of on ship 3M-24Э<br /> missile luncher system (КАСУ). Module BM1 consists of many functional cards as<br /> CPU686E, MЦO, DI32, DO32, TX1.. Specially, the MЦO card is an blackbox card<br /> without any datasheets, designing and operating informations. This article decribles<br /> some researching and manufacturing the MЦO card by Design Reverse<br /> Technology.<br /> Keywords: 3M-24Э missille, КАСУ, BM1.<br /> <br /> Nhận bài ngày 03 tháng 8 năm 2015<br /> Hoàn thiện ngày 13 tháng 10 năm 2015<br /> Chấp nhận đăng ngày 25 tháng 12 năm 2015<br /> <br /> <br /> <br /> 1<br /> Địa chỉ: Viện Công nghệ thông tin, Viện KH&CNQS.<br /> 2<br /> Phòng Kỹ thuật/Lữ đoàn 162/Bộ tư lệnh Vùng IV Hải quân<br /> 3<br /> Phòng Kỹ thuật/Bộ tư lệnh Vùng 4 Hải quân<br /> *<br /> Email: congpx@gmail.com<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 176 P.X.Công, P.V.Hậu, D.M.Cường, …, “Nghiên cứu làm chủ khối BM1… tên lửa 3M-24Э.”<br />