基于TTE端系统的时钟同步设计与实现

随着航空电子体系架构的日益更新,航空机载总线技术得到了飞速发展.时间触发以太网作为新一代的航空总线适合在分布式综合模块化电子系统中应用.时钟同步机制是该网络的核心技术,通过该技术建立的高精度全局同步时钟是保障TTE的数据通信强实时性和确定性的先决条件.本文在分析研究TTE时钟同步算法的基础上,提出了符合SAE AS6802协议标准的TTE端系统的时钟同步机制的设计方案,并在FPGA硬件上得以实现.     

基于时间触发架构的网络技术研究与设计

随着航空电子系统架构朝着网络化的方向发展,机载电子系统时间关键性和安全关键性的通信应用需求加大,交互的信息量级不断提升,传统的机载总线技术已无法胜任。时间触发以太网(TTE)在引入了高精度时钟同步机制的基础上,采用一致性通信、故障容忍和冗余设计等技术提高了通信的实时性、稳定性和安全性。以TTE和时间触发协议(TTP)为例,综合TTE和TTP的优势,提出跨网段的一体式时间触发网络设计方法,为航空机载电子系统领域提供了基于时间触发架构的统一网络服务。     

TTE高完整性和标准完整性配置下同步机制和容错能力对比分析

针对高完整性与标准完整性配置的时间触发以太网具有不同同步机制和容错能力,对二者的同步机制和容错能力进行对比分析,在OMNet++平台上分别建立高完整性与标准完整性配置的时间触发以太网仿真模型,模拟不同故障下的时钟同步协议操作场景,对2种配置下的TTE同步机制的容错能力进行验证和分析。结果表明:高完整性配置容错能力更强,能够对抗压缩主控器和同步主控器的并发故障失效;面对多个不一致-遗漏故障时,高完整性配置的TTE能通过同步结团检测服务更快地进入重启动状态,因此相较于标准完整性配置反应更快。     

TTE网络压缩功能计算开销的测量方法

针对通过传递协议控制帧(PCF帧)实现分布式节点之间的时钟同步的时间触发以太网(TTE)的关键参数获取问题,通过剖析TTE时钟同步协议的原理,提出了不用访问同步主控器(SM)或压缩主控器(CM)的底层驱动,仅通过捕获并观测SM和CM之间的PCF帧,得到给定TTE网络压缩功能运行的计算开销的测量和计算方法。采用FPGA硬件实现了相应的捕帧测量装置,从理论分析和实际测试两个方面实现了关键参数计算开销的测量,通过共计13 724次实验得到的计算开销平均值为32 757 ns。     

基于TTE网络的分布式系统分区同步方法

先进分布式综合飞行器管理系统对通信网络的实时性和确定性有严格要求。研究了时间触发以太网(TTE)的同步服务、提出了在符合ARINC653标准的分区操作系统下,基于TTE网络的分布式系统分区同步方法,建立分区同步测试平台,并对分区同步精度进行测试分析。测试结果表明,基于TTE网络的分布式系统分区同步的精度和抖动均可达到μs级,可满足先进分布式综合飞行器管理系统的网络时间同步的要求。     

TTE通信技术在混合安全关键系统的应用

确定性通信是构建混合安全关键系统的关键技术。分析了混合安全关键系统对网络通信的要求,探讨了时间触发以太网的体系结构、时钟同步机制、数据传输控制机制、余度与故障控制机制等,针对混合安全关键系统的要求,详细分析了时间触发以太网的实时性、确定性、高可靠性等特性。分析表明:时间触发以太网是构建混合安全关键系统的优选通信网络,能有效降低系统集成复杂性和费用。     

TTE网络流量转换策略及其延时性能保障调度算法研究

时间触发以太网（TTE）通过精确的全局时钟同步,使时间触发（TT）消息具有了严格的时间确定性。当系统同步精度降低时,TT消息的实时性也将严重受到影响。利用TTE交换机的流量类型转换功能,提出了一种基于消息时间窗检测的转换策略（TT-TWD）。该策略应用于TT流量向速率限制（RC）流量的转换过程,能够避免在系统同步精度降低时,TT消息出现丢包或不可接受延迟的情况。为保障该策略下网络流量的实时性,设计了一种基于流量转换策略的优先级调度算法（PTCTS）。运用网络演算理论对PTCTS算法的实时性进行了分析,并与先入先出（FIFO）算法结果对比,证明了PTCTS算法有效地减小了由TT流量转换而来的RC流量的延迟上界,同时保证了原始RC流量端到端延迟的确定性。     

基于随机网络演算的TTE网络时延分析

时间触发以太网(TTE)是一种新颖的混合型时间触发和事件触发的通信网络,通过引入时间触发(TT)流量,增强了航空电子全双工(AFDX)交换式以太网的确定性。虽然TT流量具有完全的时间确定性,但是与AFDX中虚拟链路(VL)兼容的速率约束(RC)流量仍具有一定非确定性。传统用于AFDX网络实时性能分析的方法在考虑TT流量固定分区调度时隙的影响下已不再适用,为了保障RC流量的实时性能,分别提出了基于确定性网络演算和随机网络演算两种延迟分析模型。在确定性网络演算下,通过构造TT流量的聚合到达曲线和RC流量的服务曲线以得到RC的确定性延迟上界;在随机网络演算下,通过切诺夫(Chernoff)边界定理构造RC流量的两状态伯努利分布模型,得到概率保证下的延迟上界。对比实验结果表明:随机网络演算模型可以有效减小确定性网络演算模型对RC流量性能分析的悲观性,同时从一定程度上验证了两种理论分析模型的正确性。     

国外通用开放式结构标准的应用情况

SAE AS4893标准定义的通用开放式结构（GOA）是嵌入式系统的层次化体系结构模型。通过对GOA领域目录集的开发与维护标准化过程的分析,结合GOA在航空电子领域的应用案例展示其标准化技术的应用现状;并考虑到先进综合式航空电子系统在任务功能划分和系统工程方法方面的应用要求,探讨并展望GOA标准化技术应用于新一代航空电子系统开发过程中的注意事项。     

分区OS与TTE网络之间的时钟同步方法研究

随着航空电子系统综合化模块化程度的不断提高,日益增加的软件功能使得系统规模和复杂程度随之增加。为了满足系统高安全、高可靠的性能需求,确保周期任务的顺利执行,提出了一种基于时间触发以太网与ARINC 653分区操作系统的时钟同步优化算法,在传统算法的基础上,分别针对起始点同步与周期性调整两个阶段进行了算法优化。经试验验证,算法能够更加精确地对上下层时钟周期进行同步,有效地缩短了起始点同步时长、提高了周期性调整精度。     

国外航空机体球轴承标准分析

基于SAE和EN的航空机体球轴承产品标准,对比分析了SAE和EN的航空机体球轴承标准体系,对相应的SAE和EN产品标准的主要技术内容,包括尺寸、材料、表面处理、密封固定性能、润滑、无载旋转启动力矩、静态承载能力、动态承载能力等性能进行了对比分析,指出了标准之间存在的共同点和差异,为我国航空机体球轴承标准体系建设工作提供一定的借鉴。     

SAE航空电子系统分部标准对民机研制适用性研究

分析了SAE标准中航空电子系统分部使用范围,研究了SAE标准与适航要求的匹配性,确定了对我国民用航空电子系统设计研制的适用性,提出了SAE航空电子分部标准的采用策略,给出了民用航空电子领域国外标准引进的策略建议,为更加科学、合理、有效地解决我国民用飞机研制领域航空电子产品设计研制标准短缺的问题提供了标准化研究的技术支撑.     

基于时钟偏斜的DIMA系统通信调度方法

针对分布式集成的DIMA网络系统提出一种基于时钟偏斜的时间触发通信调度方法。该方法在考虑时钟同步误差和时钟漂移造成的时钟偏斜情况下,对时间触发消息流传输路径相邻上下级联设备的调度窗口进行紧密排布,在时钟偏斜误差范围内实现了时间触发消息的无冲突传输。案例表明,该调度算法实现的消息传输时延与消息最小传输时延一致,保障了时间触发消息端到端传输的确定性;即使考虑时钟偏斜影响,采用该算法所带来的传输延时误差不超过5μs,具有接近消息最好传输延时的保障能力。     

民用飞机构型管理过程与SAE ARP 4754A的符合性技术研究

SAE ARP 4754A是面向航空产品研制的系统工程过程要求,是民用飞机产品开发的规范指南。本文从SAE ARP 4754A标准中对民用飞机构型管理工作的要求出发,描述了民用飞机型号研制中的构型管理工作过程,并给出了在型号研制中此过程与SAE ARP 4754A标准要求的符合性方法。     

时间触发以太网同步及调度机制的研究

说明并分析时间触发以太网（1TrE,Time—Triggered—Ethernet）的时间同步机制,对于采用时间触发机制调度的周期性任务,提出生成周期调度时刻表的方法,利用方法可以根据离线生成的调度时刻表进行调度,也可以动态地将通信任务加入或撤出调度时刻表,调度时刻袁的设计避免时间触发的数据包争用物理链路。构造相应的网络通信场景,通过生成调度时刻表的算例与仿真结果进行了验证。     

基于重要性抽样的时间触发调度表生成方法

时间触发以太网(TTE)是分布式综合模块化航空电子(DIMA)系统互连中的骨干网络，需要生成无冲突的时间触发(TT)流量调度表。形式化SMT求解可以抽象地表述多种调度约束；但TT流量间，以及TT流量与分区调度之间存在作业链依赖关系，较复杂的约束会降低求解器的效率。将重要性抽样(IS)方法应用于TT调度表的启发式求解，通过统计“尽可能快”(ASAP)求解的尝试偏移量的经验分布，扭转该变量的抽样分布进行迭代寻优；并针对调度的可行性及作业链的及时性，将IS求解分为2个阶段进行。案例研究表明：第1阶段的IS会演化得出易于保证严格周期调度或抖动较小的尝试偏移量分布，第2阶段IS则会进一步根据作业链的最坏总延迟最小准则进行迭代优化，并且对于分区调度与TT流量调度存在或不存在同步关系的场景都具有适用性。     

时间触发以太网拜占庭容错方法的形式化验证

对于时间触发以太网的拜占庭容错方法,已有的推理性论证表明网络的分布式时钟同步机制有利于容错过程中实现交互一致性。为对该容错方法的正确性进行严格验证,进一步采用模型检查的形式化分析手段,通过符号分析实验室(SAL)形式化工具,构建了网络节点模型,建立了时间触发体系结构下的拜占庭容错场景,设定了容错操作活性、一致性和有效性等属性的形式化定理。模型检查的结果表明:在三冗余独立路径条件下,该方法可以容忍一个拜占庭故障,且在存在指令/监视对(COM/MON pair)的条件下可以容忍2个高完整性配置节点的"不一致遗漏"故障。与推理论证手段相比,SAL模型检查为时间触发交换式网络在航空航天高安全关键等级系统中的容错配置提供了更规范的依据。     

基于时间触发架构的系统通信设计应用研究

本文详细介绍了基于时间触发架构的应用系统通信模型设计方法：结合某型飞机综合数据管理系统（IDMS）应用功能的通信需求,利用“PDevelopmentCluster系统设计工具,构建基于时间触发协议（TTP）的IDMS通信系统仿真模型。TTP精确的全局时钟同步可以为系统提供精确的时钟和单元之间的精确同步,协议的容错机制为...     

中国航空综合技术研究所与国际自动机工程师学会签署战略合作协议

<正>2014年12月11日,中国航空综合技术研究所所长梁丽涛与国际自动机工程师学会(SAE)首席执行官戴维?舒特博士在北京共同签署了协议,正式确立双方的战略合作伙伴关系。工业和信息化部装备工业司杨栓昌副司长等领导出席了签字仪式,共同见证了这两家重要航空标准机构走向全面深入合作的关键时刻。SAE作为航空航天标准的制定机构,在国际上享有较高声望,其发布的标准得到了全球航空航天领域的广泛应用。中国     

飞机厨房手推车适航验证方法的探究

飞机厨房手推车欲满足适航要求,需通过TSO-C175及其相关标准的适航验证。本文通过对SAE AS8056《飞机厨房手推车、物品箱及相关组件最低设计和性能标准》的研究,结合实际适航取证经验,总结了一套通过试验进行手推车符合性论证的方法,并就关键注意事项进行解析,对民用飞机厨房手推车适航验证有一定的借鉴意义。