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。     

可配置片上数据存储的统一存取

针对DSP应用领域高实时性和大容量存储的需求，提出了一种基于MCU-DSP融合架构处理器的可配置片上数据存储统一存取设计方法。介绍了片上数据存储的总体结构与其内部数据存储的组织结构，采用非连续字节编址模式和特殊的访存地址分割与组合，结合类零级 Cache 的数据行缓存，实现了片上数据存储 Cache 和SPRAM（Scratch-pad RAM）的可配置与高速统一存取。     

虚拟化技术在航空计算领域的应用

虚拟化技术在资源分配、应用移植和隔离等方面有着巨大优势,为了满足航空计算领域对综合化、智能化的需求,以及机载嵌入式系统对实时性、功耗和体积等方面的制约,本文开展虚拟化技术在航空计算领域的应用研究。首先介绍虚拟化技术的基本原理,对比虚拟机和容器的主要特点;其次分析虚拟化技术应用的三个例子,可虚拟化操作系统在多核处理器上的...     

基于访问数据模式的Cache缺失预测模型

为缓解SMT上线程对Cache的争用，提出了基于访问数据模式的Cache缺失预测模型ADM。使用模型对线程访存轨迹进行分析和计算，以两个线程在下一个时间片的访存地址信息作为模型的输入，预测Cache缺失情况并以此作为线程间Cache争用指标。 ADM实现了针对共享数据访问和私有数据访问两种模式的缺失计算方法，对比分析表明，ADM加入了对共享数据情况的分析过程，分别计算针对不同模式访存序列，结果更为精确，仿真试验表明，Cache缺失预测模型结果与目前同类模型的预测结果相比，误差分布在合理的范围内，当两个访存序列中有较多共享数据时，使用SMM方法计算结果将更为准确，证明了对访问模式进行划分的必要性。     

小卫星/小运载可重构多核计算机设计

通过共用小卫星与小运载的电子系统,能够降低卫星发射成本、实现卫星与运载的快速集成及测试、减少卫星的发射与入轨时间,从而达到快速响应自然灾害等突发事件的目的。传统航天器电子系统难以兼顾运载段任务的高实时性和在轨段任务的高可靠性要求,因此本文将多核处理器技术、可重构技术和航天器电子系统设计相结合,提出了基于可重构技术的小卫星/小运载多核计算机设计方案。该设计方案分为运载和在轨两种工作模式,通过现场可编程门阵列(FPGA)的快速重构来实现计算机两种工作模式的快速切换。其中运载模式将FPGA配置成并行构架的三核处理器,通过3个处理器并行计算来提升计算机的处理能力;在轨模式将FPGA配置成冗余构架的三核处理器,通过3个处理器互为冗余备份来提升计算机的长期可靠性。经过基于Markov过程理论的系统可靠性分析,表明系统在轨段的长期可靠性得到显著提升。同时经过地面半物理仿真系统仿真测试,运载段的控制周期可以达到10ms,满足运载段任务的实时性要求。     

平台惯性导航位置更新中的改进算法研究

平台惯导系统由于其精度高的优势,在成熟的军用武器和航天设备中仍占有较高比重。导航计算机的运算能力是影响平台惯导实时性和精度的重要因素。本文对比分析了单、双精度浮点处理器计算特性,研究了其对平台惯导导航计算精度的影响;在此基础上,为提高单精度浮点处理器下平台惯性导航精度,提出了将经纬度分解成全量、大量、小量进行运算的改进计算精度的方法,从导航计算原理角度推导了导航计算中经、纬度的改进计算方法。仿真结果表明：改进后的平台惯导计算算法在单精度浮点处理器下,可以在保证运算实时性的同时,有效提高平台惯导精度,水平定位精度提高两个数量级。     

多核DSP实时图像处理平台设计与实现

为了实现对高帧率、高分辨率图像的智能化实时处理,要求图像处理系统具有较高的数据传输带宽和数据处理能力。采用多核DSP作为核心处理器来解决目前图像采集平台面临的数据传输瓶颈和处理瓶颈,利用FPGA硬件化并行处理的特性完成多路视频的预处理,设计了高速串口RapidIo通信接口实现视频的实时传输,对DSP的多核调度特性进行分析,保证处理的实时性,并采用相关算法验证系统的性能。     

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...     

基于分区代理机制的FC通信虚拟化方案设计

随着航电系统的发展,处理平台的集成度逐步提高,多核处理器集成多个应用将是未来应用的趋势。 但在使用多核处理器的系统中,由于多个处理器核并行运行,需要解决通信资源在多个处理器核之间的共享问 题。本文提出了一种基于分区代理机制的FC 通信虚拟化方案设计,可以实现多核架构下多应用、多分区共享 FC 网络接口设备进行通信。     

基于多核DSP的多波形管理设计

在使用多核处理器进行航空电子系统综合化设计时,各波形供应商通常因为各种限制,难以进行波形功能深度综合,因此目前的综合化仅仅是处理资源集中放置,并未很好地发挥多核处理器的效能。本文基于TI 公司多核DSP,设计了一种多波形管理框架,可以将多个无线电波形集中在一个多核DSP 中灵活部署、运行并管理,充分发挥多核处理器运算能力,提高系统资源利用率。     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

The effect of inlet conditions on the flow and heat transfer in multiple rotating cavity with axial throughflow

This paper discusses experimental results from two different build configurations of a heated multiple rotating cavity test rig.Measurements of heat transfer from the discs and tangential velocities are presented.The test rig is a 70% full scale version of a high pressure compressor stack of an axial gas turbine engine.Of particular interest are the internal cylindrical cavities formed by adjacent discs and the interaction of these with a central axial throughflow of cooling air.Tests were carried out for a range of non-dimensional parameters representative of high pressure compressor internal air system flows(Re up to 5×106 and Rez up to 2×105).Two different builds have been tested.The most significant difference between these two build configurations is the size of the annular gap between the(non-rotating) drive shaft and the bores of the discs.The heat transfer data were obtained from thermocouple measurements of surface temperature and a conduction solution method.The velocity measurements were made using a two component,LDA system.The heat transfer results from the discs show differences between the two builds.This is attributed to the wider annular gap allowing more of the throughflow to penetrate into the cavity.There are also significant differences between the radial distributions of tangential velocity in the two builds of the test rig.For the narrow annular gap,there is an increase of non-dimensional tangential velocity V/Ωr with radial location to solid body rotation V/Ωr=1.For the wider annular gap,the non-dimensional velocities show a decrease with radial location to solid body rotation.      

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

基于马赫数分布可控曲面外/内锥形基准流场的前体/进气道一体化设计

提出了一种高超声速飞行器乘波前体的外锥形基准流场设计方法,在锥面马赫数分布规律给定的条件下,通过有旋特征线法实现反设计,提高了基准流场设计的灵活性。该基准流场通过锥形"下凹"弯曲激波和波后等熵压缩波系压缩气流,可以在较短的长度内完成高效压缩。基于反正切马赫数分布外锥形基准流场设计的乘波前体具有较高的容积率,乘波特性良好且出口均匀,设计点时有黏升阻比为1.89。另外,基于该乘波前体和马赫数分布可控的内收缩进气道给出了一种双乘波的前体与进气道一体化设计方案,实现了内外流分别独立乘波,充分发挥了乘波前体和内收缩进气道的各自优势。     

Potentials of manufacture and repair of nickel base turbine components used in aero engines and power plants by laser metal deposition and laser drilling

IntroductionExpensive turbine parts like HPT(HighPressure Turine)blades or vanes are replaced bynew parts in case of damage.For example theburn through of the inner side of a blade or vane(Figure 1)is a frequently appearing damage,which cannot be repaired…     

Enhancing the efectiveness of film cooling

Advanced gas turbine stages are designed to operate at increasingly higher inlet temperatures to increase thermal efficiency and specific power output.To maintain durability and reasonable life,film cooling is needed in addition to internal cooling,especially for the first stage.Film cooling lowers material temperature by forced convection inside film-cooling holes and by forming a layer of coolant about component surfaces to insulate them from the hot gases.Unfortunately,each cooling jet forms a pair of counter-rotating vortices that entrains hot gas and causes the film-cooling jet to lift off from the surface that it is intended to protect.This paper gives an overview of efforts to enhance the effectiveness of film-cooling.This paper also describes two new design concepts.One design concept seeks to minimize the entrainment of hot gases underneath of film-cooling jets by using flow-aligned blockers.The other design concept shifts the interaction between the approaching hot gas and the cooling jet to occur further above the surface by using an upstream ramp.For both design concepts,computational fluid dynamics results are presented to examine their usefulness in enhancing film-cooling effectiveness.      

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<正>About Journal Chinese Journal of Aeronautics(CJA)is a comprehensive academic journal dealing with the fields of aeronautics and astronautics.It reports researches concerning the two fields in China and abroad to promote the academic exchange.Founded in 1988 and sponsored by the Chinese Society of Aeronautics and Astronautics and Beihang University,CJA publishes papers bimonthly,with issues released in February,April,June,August,October and December.