机载嵌入式系统中的多核处理架构研究与分析

与单核处理器相比较，多核处理器在性能、功耗、体积以及重量各方面都有绝对的优势，这使得多核处理器在机载嵌入式系统中的应用成为必然趋势。在分析了航空电子系统的任务特点之后，介绍了两种最常见的多核处理器系统架构：对称多处理（SMP）和非对称多处理（AMP），对这两种系统架构在机载嵌入式系统的应用进行了研究分析，并分析了其关键技术对实时性、安全性和确定性的影响。     

一种小型化高性能综合处理系统的设计与实现

针对直升机、无人机等中小型航空飞行器控制成本以数量取胜的要求以及重量、环境散热的限制,设计了一种用于中小型航空飞行器航空电子系统的小型化高性能综合处理系统。分析了中小航电系统处理需求,讨论了综合处理机系统硬件组成和软件配置,介绍了功能模块标准化设计、高密度低功耗设计以及多级容错设计等关键技术,实现了原型系统并获得了其性能测试结果。     

基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂，飞机对机载计算机的计算力和功耗比要求不断提升，这也推动了嵌入式多核处理器的加速应用和普及。多核处理器在航空电子设备的深入应用，随之而来的是运行其上的软件复杂度急剧上升，面向应用的航电系统设计面临挑战。多核处理器平台由于需要面对并行、指令乱序、资源共享冲突等问题，而目前国内大多数机载嵌入式软件和驱动仍然是基于单核处理器设计和实现的，影响最大的是在机载嵌入式实时操作系统环境下的驱动软件，因此需要充分考虑多核带来的各方面影响，尤其是需要兼顾共享内存等资源的使用冲突和实时高效要求。本文结合机载航电多核处理平台的特点，提出了一种基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法，并基于该方法设计了FC 总线驱动和MBI 总线驱动，项目应用结果表明，设计的驱动程序在多核处理器平台上数据传输正确，验证了方法的正确性和有效性。     

航空电子领域虚拟化技术应用研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂，飞机对机载设备的计算力和功耗比要求不断提升，这也推 动了嵌入式多核处理器的加速应用和普及。多核处理器在航空电子设备中的深入应用，随之而来的是运行的软 件复杂度急剧上升。随着商用领域嵌入式虚拟化的出现，如何将该技术更有效的应用到航空电子领域，成为必 须要研究的课题。本文结合航空电子本身的特点，概述航空电子多核处理器平台上嵌入式虚拟化的特征及应用 思路，为航空电子领域虚拟化的技术研究提供参考。     

一种多核分区操作系统的绑定组调度方法

伴随机载计算平台对算力提升的显著需求,综合化模块化航空电子系统(IMA)采用多核处理器和相应的多核分区操作系统成为必然趋势,从而对目前仅适用于单核处理模式的多分区调度算法产生了进一步的能力扩展需求。面向多核处理的多分区调度算法需要在发挥多核处理效能的同时,继续维持机载安全关键系统的实时性和确定性特征。为此,提出一种基于...     

综合化航电核心处理系统研究

集中控制和综合处理技术已广泛应用于航空电子系统,综合处理机作为航空电子系统控制和管理的计算机信息处理平台,其开放式系统结构、综合处理技术及可靠性将是系统设计的关键。介绍了一种高性能机载核心处理计算机系统。根据航空电子系统功能需求,进行了综合化、层次化结构设计,并对软硬件映射等关键技术进行了研究分析,同时给出了合理的解决方案。试验表明,核心处理机性能先进,可靠性高,极大地改善和提高了航空电子系统的整体性能。     

下一代综合模块化航空电子系统关键技术研究

随着高新技术的不断发展,航空电子机载系统能支持越来越复杂的功能,当前的综合模块化航空电子(IMA)系统架构采用模块化的设计以及开放式的架构,在提高航空电子系统可靠性的同时大大降低了功耗及成本。但随着飞行任务的日益复杂以及机载系统功能的不断增加,当前的IMA系统在面对复杂的应用需求时出现了无法突破的技术瓶颈。基于当前IMA系统的技术瓶颈,详细描述了下一代IMA系统的架构设计细节,总结了实施下一代IMA系统将面临的技术挑战,从高速网络,高性能多核处理器以及多核虚拟化等方面分析了有望发挥重要作用的关键技术,并提供了关键技术可行的研究思路,为下一代IMA系统的相关研究提供参考。     

航空电子云系统架构与网络

在未来作战体系中,航空电子系统需要飞行平台具有跨系统平台的信息共享和协同处理的能力。根据未来日益复杂的航空任务需求,基于云计算资源共享池思想提出了一种跨系统平台高度综合的航空电子系统——"航空电子云",并阐明了其系统架构,重点介绍了航空电子云的网络。在网络物理层,根据航空电子系统物理设备的特点,构建了航空电子云分层分簇的网络架构。在网络逻辑层,引入雾计算和云计算的思想,介绍了基础设施的三层虚拟化结构。航空电子云将资源的共享范围从单系统平台扩充到多系统平台,提升了航空电子系统的体系作战能力。     

面向机载应用的领域专用加速器研究

机载环境下数据处理规模的剧增以及人机混合智能的应用使得传统的以CPU 为核心计算单元的架构 已不能满足计算需求。在满足延时、精度等指标的情况下,选用高能效的处理器或处理器组合来快速准确地处 理这些数据成为机载计算领域面临的重要问题。按照常规处理器、领域专用加速器两大类型对各自主要代表性 处理器的架构特点进行了分析和总结,得出了各类处理器在机载情况下的主要适用场景和应用情况。根据领域 专用的设计思想开发了面向数据关联应用的专用加速器,对数据关联算法中的统计距离计算和分簇处理这两个 计算瓶颈进行了定制化的加速设计,并在基于FPGA 的平台上进行了测试验证,结果表明,加速器对于统计距 离计算的加速效果约为FT2000/4 单核性能的10 倍,对于分簇处理的加速效果约为FT2000/4 单核性能的3 倍, 整体运算速度相比FT2000/4 处理器的单核提升了5 倍。     

航空电子系统综合显示处理技术研究

集中控制和综合显示技术在先进作战飞机航空电子系统中的应用日益广泛,综合显示处理机作为航空电子系统控制和管理的核心,其系统结构、可靠性及综合显示控制将是系统平台设计要解决的首要问题.本文介绍了一种机载综合显示处理机,根据航空电子系统功能需求及显示控制系统结构,进行了系统层次化结构设计,并对综合显示控制系统的系统显示控制、通信控制及模块化设计与实现技术进行了研究分析,最后给出合理的模块化设计与实现方案.航空电子系统综合试验、应用表明,综合显示处理机性能先进、可靠性高,并极大地改善和提高了航空电子系统的整体性能.     

基于60x总线的Lockstep处理器架构

在航空器、汽车等很多需要高可靠性计算的系统中，通常采用余度技术。随着余度系统带来的功耗、体积、重量、管理等方面的问题越来越严重，要求处理器达到很高的可靠性以降低系统余度。 Lockstep处理器架构能够迅速监测处理器运行的错误，进行故障隔离，防止故障蔓延，在处理器级实现高可靠性。进而，Lockstep处理器架构作为新型高可靠计算系统的关键技术，可以实现信息处理的高完整性和高可用性。对Lockstep技术进行分析研究并进行设计实现，实现一种高可靠、高可用的计算处理架构。     

波音787航电系统及其维护保障

<正>波音787梦想飞机电子系统综合模块化的航电平台,以及基于航电平台的中央维护系统和数据管理,都是新一代飞机电子新技术的创新和体现。波音787航电基础平台波音787飞机在电子技术应用上的一个创新是引入了电子系统综合模块化概念——公共核心系统(CCS),将传统的机载组件LRU升级为通用处理模块(GPM),将飞机上多个系统的LRU功能整合在一个公共计算资源(CCR)柜内的通用处理模块中,大大减少了飞机组件的数量,实现了资源的最大化利用,如图1所示。     

云服务技术在航电软件研发中的应用研究

航空电子系统硬件的发展，为云服务技术在航空领域的应用提供了可能。借助虚拟化及容器管理技术， 将机载计算资源进行池化管理，并借助服务化技术，将复杂航电软件拆分为可协作的独立模块，能够实现航电 软件的快速构建、灵活部署，并提高航电软件之间的互操作能力。本文讨论了云服务技术在航空领域的应用现 状，研究并提出了一种应用于航电软件研发的云服务架构，给出了服务化和容器管理平台的实现方案，并构建 了应用原型验证环境。     

飞行管理系统性能计算策略分析

根据飞行管理系统机载软件对于性能计算的需求,提出了理论公式计算方法和插值计算方法,对于传统的理论公式计算方法进行了延迟时间数据分析.对以上两种计算方法分别从计算过程、软件工程、系统工程三个方面进行了分析和比较后得出,插值计算方法在机载飞行管理系统软件中是比较合理的方法.针对大型客机先进的航空电子系统,描述了以上两种计算方法分别在电子飞行包软件和飞行管理机载软件中的不同应用和联系.     

基于层次分析法的综合射频架构选取技术研究

综合射频系统是作战飞机航空电子系统的重要组成部分，它们是作战飞机通过无线电方式感知外界信息的重要系统。系统架构的选取直接影响了飞机的作战性能，针对以往架构选取依赖大量定性分析而缺乏定量对比问题，提出了基于层次分析法的综合射频架构选取技术，该技术能够有效地根据不同的任务需求和平台需求，综合考虑定量和定性因素，给出更为合理对比分析结果，为综合射频系统的系统设计提供技术支撑。该技术也可推广到航空领域其他多目标决策问题的应用。     

飞机结构健康监测与管理技术研究进展和展望

飞机结构是飞机平台的基础,是确保飞机安全、长寿命使用的最重要的承力架构.随着航空技术的不断发展,飞机设计思想不断演变发展,对飞机机体结构性能也不断提出更高的要求.严酷的使用环境和严格的功能/性能综合要求,使得结构完整性面临重大挑战.飞机结构健康监测与管理技术具有实时性、在线性等优势,是保证结构安全性、降低维护费用的重要...     

航空发动机机载健康管理系统设计方法

为解决航空发动机机载健康管理系统正向设计流程不清晰、设计需求不明确、需求设计对应及追溯不规范的问题，在对 比国内外现有健康管理功能架构体系的基础上，结合正向设计中需求捕获、需求分析和功能分配，研究了由上到下的航空发动机 健康管理系统正向设计基本流程，开发了航空发动机健康管理正向设计流程平台，实现了机载功能架构的设计。引入基于模型的 系统工程思想，采用面向对象的工程设计思路，建立功能目标量化、功能描述、模块定义等图形化设计方法，验证了该设计方法在 硬件设计中的可用性。通过研究航空发动机机载健康管理系统设计方法并分析机载功能组成，建立了可扩展的流程平台，基于模 型设计方法建立了可用的硬件设计模型，可为航空发动机机载健康管理系统设计提供参考。     

多路传输数据总线消息处理功能块的设计

本文介绍了用 Z-80CPU 和中小规模集成电路设计的多路传输数据总线智能终端的消息处理功能块的结构,提出了采用微码技术识别非法指令以及远程终端快速响应的软、硬件实施办法,步骤和组成系统后的应用情况。多路传输数据总线是美国七十年代发展起来的一项重要技术,它已在航空电子系统中起到关键的作用。1976年在 F-16上首次试飞获得成功之后,在 F-18、F-16以及军舰上广泛使用。为了促进总线技术的发展,改善我国飞机的电子装备,增强其作战能力、减轻飞机自身重量、提高可靠性和机载电子设备的可更换性以及便于系统的伸缩,多路传输数据总线技术已成为航空电子系统综合必不可少的环节。     

集总化航空电子系统的可靠性设计

集总化航空电子系统全面考虑了飞机整体性能要求，综合提供了现代飞机所必需的各种信息处理和计算功能。在集总化电子系统设计中，采用多重模块的并－串联冗余结构布局，设置多重冗余的输入、输出交连总线，保持系统各功能模块之间的隔离性等措施以提高系统的可靠性。     

基于FPGA的卫星遥测遥控通道设计与实现

为解决卫星电子系统小型化的问题,本研究介绍了一种应用于卫星遥测遥控通道的FPGA设计和实现.与传统设计采用LSI、MSI电路比较,新的设计借助FPGA的大容量、低功耗、高速度等特性,使用了多冗余、纠检错等方法,实现了适应性更强、可灵活配置的更健壮的遥测遥控子系统,并得到试验验证.说明通过电子集成技术应用,系统的性能大为提高,特别在体积、重量、功耗、可靠性、空间适应性等方面有显著的优势.研究表明了FPGA应用于星载计算机,具有现实意义.