综合模块化航空电子系统远程加载技术研究及性能分析

随着飞机航空电子系统综合化程度的提高,软件的部署、加载和更新的复杂度也在逐步提高。传统软件更新后,需要在地面为每个模块进行升级,并将新版本的软件映像文件固化在模块上,这种更新周期长且流程复杂。随着通用模块和应用重构的发展,软件映像需要部署在系统的各个冗余备份节点中,从而使其更新的流程更为复杂。本文针对以上问题提出了基于光纤通道和 ARINC653操作系统的远程数据加载系统,以使系统在上电、重启及重构时可实现从大容量存储模块上远程加载操作系统内核映像、分区应用及自启动功能。在功能实现的基础上,本文对远程加载和本地加载的时间性能进行了分析和比较。     

盒式连接可重构柔性工装配置与分析系统

可重构柔性工装特别是装配型架的使用,可以大大降低工装的生产成本和时间。对一种新型的可重构柔性工装类型——基于盒式连接的工装,提出了快速配置与分析的方法,在CATIA中开发了其快速配置与分析系统。介绍了系统的结构模型和功能,详细叙述了系统各模块的工作原理,并给出了验证实例。     

可重构芯片体系结构及其发展趋势

可重构芯片同时兼具通用处理器的灵活性和专用处理器的高效性,还具有高可靠性、低能耗、低成本等优点,在半导体产品中逐渐兴起。介绍了目前的一些典型可重构芯片的体系结构,从功能重构实现方式和可重构硬件类型角度分析了可重构芯片的体系结构,探讨了可重构芯片多核异构和可演化的发展趋势。     

综合模块化航空电子软件适航方法研究及其在CJ818飞机上的应用

在航电系统开放系统架构和综合模块化的思想指导下,航电系统的集成度越来越高,具体构型实现表现为IMA(综合模块化航空电子)核心处理系统加高速网络(AFDX)的形式。其中核心处理系统由多个LRM(外场可跟换模块)通用处理模块组成,通过软件高度集成实现飞行管理、中央维护、座舱显示、通信导航管理等功能。由于其软件功能高度集成、结构复杂、软件规模庞大,其适航过程复杂性上升。参照ASSAC、ARINC653等标准介绍了当前IMA软件技术的最新动态并对其开放式的架构深入研究,并根据RTCADO178B等已有的软件安全适航性认证规定,阐述了针对复杂航电软件的安全适航过程的方法,此方法在CJ818飞机核心综合处理模块软件的模拟设计过程中得到了应用。     

微型可编程控制器在机场行李处理系统与安检设备接口控制中的应用

LOGO!是西门子(SIEMENS)公司近年来开发生产的新型可编程通用逻辑模块,也是一种将编程器和主机一体化的微型可编程控制器,它具有8种基本功能和26种特殊功能,代替了很多定时器、继电器、时钟和接触器所实现的功能。本文介绍了西门子通用逻辑控制模块LOGO!在机场行李处理系统与安检设备接口控制中的应用。     

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。     

机载核心处理系统通用化平台研究

机载核心处理系统为航空电子信息处理提供通用资源,通过重构配置提高飞机的运行可靠性。为减少各型飞机的核心处理系统的重复性设计,提高核心处理系统的鲁棒性,在研究目前飞机航空电子架构和未来发展趋势的基础上,梳理了核心处理系统的功能需求,提供了一种适应多型飞机的面向IMA 2G的核心处理系统的通用化平台架构方案。该平台通用性强,可靠性高,极大降低了设计风险,缩短了研制周期。     

ADSP-TS201S引导方式分析和动态重载设计

综合航空电子系统对其内部的各个功能模块提出了应用数据集中存储,实时重构等要求,具有动态重载功能的信号处理模块能极大提高系统的应用灵活性、可靠性和可维护性。为了适应这种需求,通过分析ADSP-TS201S处理器几种引导方式的原理和方法,提出了通过修改加载内核,并进行二次引导以实现动态加载的方案。该方案已结合ADSP-TS201S信号处理模块应用平台,在某处理机系统中获得了成功应用。     

机载嵌入式可重构信号处理系统设计

为使机载嵌入式信号处理系统性能更加均衡,更好地适应机载嵌入式环境,在比较三种传统的机栽信号处理系统架构的基础上,提出了一种系统可伸缩、功能可重构的信号处理系统架构,并分析了其系统特性和关键技术。从可编程能力、处理性能、通用性以及可扩展性等方面比较了三种信号处理系统架构,结果表明:可重构信号处理系统架构具有较强的综合性能,能更好地满足机载嵌入式应用的需求。     

通用型舰载支援飞机的模块化布局设计概念

简要介绍了模块和模块化的基本概念，依据模块化设计的基本思想和步骤对通用支援飞机进行了系统分解和模块划分，详细地描述了通用型舰载支援飞机从系统分解、通用要素提取、非典型要素处理到模块组合的设计思路，从总体角度设计了一种模块化布局的通用型舰载支援飞机，并建立起三维模型。     

基于联合k/n(G)模型的DIMA系统可靠性建模与分析

针对分布式综合模块化航空电子（DIMA）系统的动态重构特性,分析了动态重构策略及重构过程,构建了面向DIMA系统的联合k/n（G）可靠性模型。以驻留于DIMA系统的综合显示功能为例进行了实验分析,讨论了系统重构过程可靠度与时间变化关系,给出了利用一般k/n（G）可靠性模型建模的可靠度变化曲线,通过对比分析验证了联合k/n（G）模型的适用性和合理性;通过参数敏感性分析,观察不同模块配置参数对系统可靠度的影响,得出相关结论,为提高DIMA系统动态重构过程的可靠性和优化资源配置提供指导。     

Hybrid partition- and network-level scheduling design for distributed integrated modular avionics systems

Distributed Integrated Modular Avionics (DIMA) develops from Integrated Modular Avionics (IMA) and realizes distributed integration of multiple sub-function areas. Time-triggered network provides effective support for time synchronization and information coordination in DIMA systems. However, inconsistency between processing resources and communication network destroys the time determinism benefiting from partitions and time-triggered mechanism. To ensure such time determinism and achieve guaranteed real-time performance, system design should collectively provide a global communication scheme for messages in network domain and a corresponding execution scheme for partitions in processing domain. This paper firstly establishes a general DIMA model which coordinates partitioned processing and time-triggered communication, and then proposes a hybrid scheduling algorithm using Mixed Integer Programming to produce feasible system schemes. Furthermore, incrementally integrating new functions causes upgrades or reconfigurations of DIMA systems and will generate integration cost. To control such cost, this paper further develops an optimization algorithm based on Maximum Satisfiability Problem and guarantees that the scheduling design for upgraded DIMA systems inherit their original schemes as much as possible. Finally, two typical cases, including a simple fully connected DIMA system case and an industrial DIMA system case, are constructed to illustrate our DIMA model and validate the effectiveness of our hybrid scheduling algorithms.     

DIMA架构下飞机全电刹车系统故障传播行为分析与评估

在DIMA平台开放性体系架构的背景下,飞机航电与机电等系统功能逐渐渗透融合,面向DIMA架构的全电刹车系统是未来飞机刹车系统的主流设计趋势,但目前尚未形成针对DIMA架构下全电刹车系统的故障传播行为分析与评估方法。针对上述问题,首先结合DIMA架构特征和全电刹车相关标准,分析面向DIMA架构下的全电刹车系统分层架构,在此基础上构建全电刹车系统任务-功能-资源层次模型。其次,考虑到DIMA平台资源共享的特点,结合系统层次模型开展系统耦合关联分析,引入Floyd算法计算间接耦合矩阵以及路由矩阵,通过构造失效严重程度矩阵量化系统关联耦合度,建立系统故障传播结构模型,综合考虑故障路径传播概率和系统边缘介数,构建DIMA架构下全电刹车系统故障传播强度模型,以识别系统故障传播关键路径,完成故障传播行为分析与评估。最后通过实例分析,以验证所提方法的正确性与合理性。     

航空电子系统功能综合的收益分析研究

综合化航空电子系统是根据应用的需求,基于已有的能力,采用综合技术,实现面向应用的任务合成,提升应用效能;面向能力的功能综合,提升能力品质;面向物理的操作模式综合,提升资源效率。功能综合的过程本质上是一个系统设计的过程,是依据物理架构,在不同功能组合中进行收益分析比较,选择收益较大的一种功能架构,本文基于分布式模块化航空电子物理架构(DIMA),提出基于系统工程的功能综合设计方法,并提出了相应的功能综合收益评价指标,以综合探测为例对提出的方法进行了验证。     

基于 FACE 思想的软件通用运行环境设计

未来机载能力环境（FACE）思想由美国军方、工业界和学术界共同发起,它针对机载航空电子软件系统提出了一种新的业务模型和参考架构。通过制定参考架构核心元素间的接口标准以及定义基于共识的通用数据模型可以为软件模块的跨平台重用提供便利。本文通过分析 FACE 参考架构的核心思想,结合实现层面的具体考虑,提出了软件通用运行环境的设计方案,旨在硬件计算平台上进一步搭建一个软件计算平台,使得应用软件模块在能够正常运行的基础上尽可能地实现“一次开发,多次应用”。     

基于网格服务的航空制造技术发展研究

先进制造技术有利于促进航空工业数字化协同制造系统的完善,它借助网格化服务促进航空产品制造的协作,跨越异构网络进行互操作,推动飞机数字化设计、制造、管理一体化技术的发展,基于各种异构平台构筑通用的服务交换设施,使信息和服务畅通无阻地在计算机之间流动。服务网格的内容分发、服务分发、电子服务、实时企业计算、分布式计算、Web服务等多项内容将有效推动航空先进制造技术的应用。     

面向航电系统容错特征的任务可靠性建模方法研究

基于AADL语言和GSPN模型面向DIMA系统开展任务可靠性建模研究,考虑系统的容错特征及其模式转移逻辑,建立AADL系统建模语言与GSPN模型的转化规则,进行系统可靠性定量分析,并以典型航电产品为例进行了方法应用和仿真。本文提出的方法和规则可实施性强,为存在重构或备份等容错技术的航电产品进行多模式转移 的系统任务可靠性建模提供参考。     

气动计算软件集成系统中的远程控制

随着我国航空航天技术的飞速发展,气动计算软件集成技术日趋成熟,但用户在并行计算中需要手动输入的操作较多。鉴于此,通过编程开发了基于TCP／IP协议的FTP客户端应用程序,实现了对网格文件的信息采集、过滤并将其和参数、脚本文件等批量自动上传的功能。根据批处理文件中的命令,调用Windows平台自带的客户端Telnet,向远程集群管理节点发出命令,远程启动服务器集群的并行计算任务。最后,在客户端实现了远程控制服务器集群上的计算流体力学软件Fluent进行并行计算。结果表明：使用该远程控制系统能够减少用户输入操作,提高计算效率,保证数据的实时更新。     

面向雷达天线平台的容错纠错策略及其FPGA实现

 针对雷达天线平台可能出现的传感器故障,提出了一种容错纠错策略。如果雷达天线平台周围的3条驱动腿中的某一个传感器发生故障,则可根据空间闭链机构约束,由其他正常工作驱动腿的传感器和中间从动腿的冗余传感器的测量值计算出故障传感器的应测值。推导了对应的位移传感器故障的容错重构算法,研究了基于现场可编程门阵列（FPGA）的上述容错策略的硬件实现方法。通过引入坐标旋转数字计算（CORDIC）算法使得FPGA运算中只需进行基本的移位和加/减操作;设计了基于FPGA的循环高速流水线处理器结构,使得重构算法的在线计算速度大大提高。仿真模拟了突变型传感器故障,结果表明,所提容错纠错方案能有效地保证雷达天线平台运行的安全性和可靠性。     

Integrating system engineering software tools

System engineering projects typically involve the use of a variety of design, analysis, simulation, and management software tools that are home-grown or commercial-off-the-shelf (COTS). Very often, these applications are hosted on dissimilar computing platforms in a network environment. An application deployed on one platform may not be easily ported to another platform, and it usually cannot be readily accessed by software on the other platform. Enhancing the inter-operation among software applications or tools will greatly increase the effectiveness of the system engineering process. The middleware technology currently being developed by the computer industry promises to provide the needed software interface for integrating tools across a heterogeneous computer network. This paper discusses the experience of applying the middleware technology to software tools used in system engineering