專利名稱：一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種民機(jī)航電綜合纟莫塊化核心處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著航電技術(shù)的發(fā)展，航電模塊集成度越來(lái)越高，民航飛機(jī)上的航電架構(gòu)已經(jīng)由原來(lái)包括多個(gè)外場(chǎng)可跟換單元通過(guò)總線(如ARINC429， 1553B)互聯(lián)的聯(lián)合式的系統(tǒng)架構(gòu)，發(fā)展成基于綜合模塊化航電(IMA integrated modular avionics)概念的先進(jìn)綜合的航空電子系統(tǒng)。已經(jīng)在先進(jìn)民航客機(jī)空客A380、波音787上已經(jīng)得到了運(yùn)用，具體體現(xiàn)為采用開(kāi)放式的航空電子系統(tǒng)架構(gòu)，硬件構(gòu)型為統(tǒng)一的航電網(wǎng)絡(luò)(如航空全雙工交換式以太網(wǎng)ARINC664)加上由外場(chǎng)可跟換的通用禾莫塊組成的高度綜合核心的處理系統(tǒng)的形式，由系統(tǒng)軟件提供航空電子任務(wù)的信息交換和處理的功能綜合。其中的高度綜合核心處理系統(tǒng)，集中處理多個(gè)航電任務(wù)，節(jié)省了多個(gè)LRU帶來(lái)的重量、能耗，降低了維護(hù)成本，并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)重構(gòu)和降級(jí)處理，提高了可靠性。
對(duì)于民機(jī)的核心處理系統(tǒng),最早得到使用的是波音777的飛行信息管理綜合系統(tǒng)(AIMS),主要分成主顯示、中央維護(hù)《飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控、飛行數(shù)據(jù)記錄、數(shù)字通信管理、飛行管理、推力管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道功能等功能。AIMS為雙冗余配置，包含八個(gè)模塊，分別為中央處理/通信模塊，中央處理/飛行狀態(tài)監(jiān)控功能模塊，四塊輸入/輸出模塊和兩塊中央處理/圖形生成模塊，通過(guò)ARINC629總線與相關(guān)設(shè)備相連。
A380的核心處理系統(tǒng)根據(jù)不同的功能區(qū)，采用多個(gè)IMA利用統(tǒng)一 AFDX網(wǎng)絡(luò)分布式連接，共同管理和執(zhí)行整個(gè)飛機(jī)的航電任務(wù)。
波音787飛機(jī)的通用核心系統(tǒng)(CCS)中的通用核心資源機(jī)柜(CCR)包括八個(gè)通用處理模塊、兩個(gè)圖形生成模塊、四個(gè)機(jī)柜式AFDX交換機(jī)、4個(gè)光纖轉(zhuǎn)換模塊組成，外接光纖和電纜雙種介質(zhì)的AFDX網(wǎng)絡(luò)傳輸。
對(duì)于上述各種最新民航客機(jī)，可以看到其核心處理系統(tǒng)功能越來(lái)越復(fù)雜，綜合程度越來(lái)越高，基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大部分航電任務(wù)的運(yùn)算功能。伹是，對(duì)于飛控系統(tǒng)而言，由于高可靠性的要求， 一直沒(méi)有把飛控計(jì)箅機(jī)與核心處理系統(tǒng)融合。
發(fā)明 內(nèi) 容
本發(fā)明的目的是提供一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)，該核心處理系統(tǒng)將飛控處理單元集成到核心處理系統(tǒng)中去，實(shí)現(xiàn)了航電設(shè)備計(jì)算資源的進(jìn)一步集成，并通過(guò)統(tǒng)一的AFDX網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)分系統(tǒng)與飛控專用計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)交互。
本發(fā)明的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)主要包括通用電源模塊、圖形輸出模塊、通用計(jì)算模塊、飛控處理單元、飛控電源備用模塊以及AFDX交換模塊。所述的圖形輸出模塊、通用計(jì)算模塊、飛控處理單元分別通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)與AFDX交換模塊連接，通用電源模塊為圖形輸出模塊、通用計(jì)算模塊、飛控處理單元和AFDX交換模塊提供直流電源，所述的飛控電源備用模塊作為飛控處理單元的備用電源，在通用電源模塊1失效的情況下使用。
所述的AFDX交換模塊為雙備份冗余，在核心處理系統(tǒng)內(nèi)部與圖形輸出模塊、通用計(jì)箅模塊以及飛控處理單元相連。對(duì)夕卜通過(guò)夕卜接的多個(gè)數(shù)據(jù)集中器，與飛機(jī)的各種航電設(shè)備連接，形成連接核心處理系統(tǒng)和其它航電設(shè)備的通用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
所述的AFDX交換模塊包括電源單元A、交換機(jī)端系統(tǒng)、靜態(tài)路由配置、交換功能模塊、監(jiān)視功能模塊和AFDX端口 ，其中AFDX端口用于實(shí)現(xiàn)AFDX交換禾莫塊與和心處理系統(tǒng)內(nèi)部模塊和外部航電設(shè)備之間的連接；交換功能模塊實(shí)現(xiàn)雙冗余幀過(guò)濾以及虛擬鏈路流量管制和故障隔離功能，同時(shí)，由靜態(tài)路由配置讀取路由信息給交換功能t莫塊實(shí)現(xiàn)虛擬鏈路的交換功能；交換機(jī)端系統(tǒng)通過(guò)交換機(jī)配置端口和AFDX端口與AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)下載實(shí)現(xiàn)配置加載服務(wù)功能以及通過(guò)外接監(jiān)視設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視管理功能；電源單元A接收通用電源模塊傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)AFDX交換模塊供電。所述的監(jiān)視功能模塊用于對(duì)交換機(jī)端系統(tǒng)、靜態(tài)路由配置、交換功能模塊進(jìn)行監(jiān)控。
圖形輸出模塊也是雙冗余備份，圖形輸出模塊通過(guò)光纜與座艙顯示單元進(jìn)行連接。圖形輸出模塊與AFDX交換模塊通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)連接。所述的圖形輸出模塊包括電源單元B、圖像輸出單元、AFDX端系統(tǒng)A、存儲(chǔ)單元A、圖像處理單元、模塊支持單元A和圖形輸出模塊接口，圖形輸出模塊接口包括AFDX網(wǎng)絡(luò)接口、電源輸入接口以及光纜接口，分別用于與AFDX交換模塊、通用電源模塊和座艙顯示單元進(jìn)行連接和通信。所述的電源單元B接收通用電源模塊傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)圖形輸出纟莫塊供電，AFDX端系統(tǒng)A處理AFDX交換模塊通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成圖形輸出模塊內(nèi)部總線的信號(hào)，存儲(chǔ)單元A包括程序存儲(chǔ)單元以及運(yùn)行支持內(nèi)存，其圖像處理單元包括多種DSP處理芯片，主要實(shí)現(xiàn)圖形生成解算，并將該解算結(jié)果輸出給圖像輸出單元，最后通過(guò)座艙顯示單元實(shí)現(xiàn)圖形生成的功能。模塊支持單元A實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形輸出模塊中內(nèi)部總線的時(shí)序控制、圖形輸出模
塊內(nèi)部多個(gè)單元協(xié)調(diào)工作控制、時(shí)間管理、測(cè)試維護(hù)管理等功能。
通用計(jì)算模塊包括電源單元C、 AFDX端系統(tǒng)B、存儲(chǔ)單元B、數(shù)據(jù)處理單元、模塊支持單元B和通用計(jì)算模塊接口 ，其中通用計(jì)箅模塊接口包括AFDX網(wǎng)絡(luò)接口 、電源輸入接口 ，AFDX網(wǎng)絡(luò)接口與外接的AFDX交換模塊連接，電源輸入接口接收通用電源模塊傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)通用計(jì)算模塊供電，AFDX端系統(tǒng)B處理AFDX網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成通用計(jì)算模塊內(nèi)部總線信號(hào)，存儲(chǔ)單元B用來(lái)存儲(chǔ)通用計(jì)算模塊內(nèi)部的運(yùn)行軟件并提供軟件運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存，具有代碼數(shù)據(jù)隔離存儲(chǔ)管理、局部易失/非易失存儲(chǔ)功能；數(shù)據(jù)處理單元包括多個(gè)處理器，可以進(jìn)行整數(shù)、浮點(diǎn)處理，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)處理資源通道并行工作；模塊支持單元B實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算模塊內(nèi)部各個(gè)單元間工作協(xié)調(diào)控制。飛控處理單元采用了三冗余、多通道的飛控專用計(jì)算模塊。
飛控處理單元與AFDX交換模塊用AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)AFDX交換模塊，與整個(gè)航電系統(tǒng)的AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，飛控處理單元中的飛控專用計(jì)算^莫塊通過(guò)三余度ARINC629飛控總線連接外界多余度的電子作動(dòng)器ACE，在電子作動(dòng)器ACE中把駕駛員搡縱桿發(fā)送的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并通過(guò)余度總線ARINC629傳送給飛控專用計(jì)算^莫塊。飛控專用計(jì)算模塊使用控制信號(hào)和來(lái)自AFDX總線接收的各種數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算控制律。其計(jì)算出來(lái)的控制指令通過(guò)ARINC629飛控總線發(fā)送給電子作動(dòng)器ACE，電子作動(dòng)器ACE接受控制指令并轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳給伺服作動(dòng)器10來(lái)控制操縱面的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)核心處理系統(tǒng)完全失靈時(shí)，由電子作動(dòng)器ACE與駕駛員操縱桿直連的方式，直接控制舵面上的伺服作動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)降級(jí)的飛行控制功能。
飛控專用計(jì)算模塊內(nèi)部采用主支路和備用支路形成的雙支路架構(gòu)，主要包括電源單元D、AFDX端系統(tǒng)C、 ARINC629接口和處理器A和B、存儲(chǔ)單元C和D、模塊支持單元C和D、以及飛控專用計(jì)算模塊接口和內(nèi)部總線。其中的處理器A、存儲(chǔ)單元C和模塊支持單元C組成主支路，處理器B、存儲(chǔ)單元D和模塊支持單元D組成備用支路，所述主支路和備用支路分別采用不同的處理器、存儲(chǔ)單元和模塊支持單元，釆用不同的處理架構(gòu)，所述主支路和備用支路處理器A和B都包含一個(gè)64位的微處理器，以及相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備和控制邏輯單元，存儲(chǔ)單元C和D主要包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、可編程只讀存儲(chǔ)器以及固定(永久性)存儲(chǔ)器。電源單元D連接通用電源模塊以及飛控電源備用模塊，負(fù)責(zé)向兩個(gè)支路供電，自身具有自監(jiān)控、自我保護(hù)的特性，默認(rèn)情況下釆用通用電源模塊l供電。
任意一個(gè)飛控專用計(jì)算模塊401都能控制飛機(jī)飛行,而冗余的飛控專用計(jì)算模塊401是為了確保更高的可靠性，連接飛控處理單元4上的ARINC629總線和電子作動(dòng)器ACE 8也分為3組。本組的電子作動(dòng)器ACE 8失效后，其控制的控制面的控制權(quán)限由其他的電子作動(dòng)器ACE 8代替。指令的有效性通過(guò)監(jiān)控支路本身和監(jiān)控支路從其他通道指令支路接受的數(shù)據(jù)來(lái)確保。當(dāng)某一個(gè)飛控專用計(jì)算模塊401失效后,其控制任務(wù)由其他的飛控專用計(jì)算模塊401替代，替代順序事先設(shè)定。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:'
(1)在可靠性保障的情況下，將飛機(jī)上原本獨(dú)立的飛行控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合到航電核心處理系統(tǒng)中去，提高了航電系統(tǒng)核心處理系統(tǒng)的任務(wù)處理能力和綜合水平；(2) 飛控系統(tǒng)與航電核心處理系統(tǒng)綜合減少了飛機(jī)整個(gè)航電系統(tǒng)的重量、體積、功耗；
(3) 使用雙電源模式提供電源給飛控計(jì)算模塊，提高飛控電源的可靠性。


圖1為本發(fā)明的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2為AFDX交換模塊原理框圖； 、
圖3為圖形輸出模塊原理框圖4為通用計(jì)算模塊原理框圖5飛控專用計(jì)算塊工作原理框圖6飛控專用計(jì)算模塊原理框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明在硬件上考慮到了可靠性指標(biāo)的需求下，將飛控專用計(jì)算纟莫塊集成到核心處理系統(tǒng)中去，實(shí)現(xiàn)了航電設(shè)備計(jì)算資源的進(jìn)一步集成，并通過(guò)統(tǒng)一的AFDX網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)分系統(tǒng)與飛控專用計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)交互。
如圖1所示，本發(fā)明的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)主要包括通用電源模塊1、圖形輸出模塊2、通用計(jì)算模塊3、飛控處理單元4、飛控電源備用模塊5以及AFDX交換模塊6。所述的圖形輸出模塊2、通用計(jì)算模塊3、飛控處理單元4分別通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)與AFDX交換模塊6連接，通用電源模塊1為圖形輸出模塊2、通用計(jì)算模塊3、飛控處理單元4和AFDX交換模塊6提供直流電源，所述的飛控電源備用模塊5作為飛控處理單元4的備用電源，在通用電源模塊l失效的情況下使用。
所述的AFDX交換模塊6為雙備份冗余，如圖l所示，在核心處理系統(tǒng)內(nèi)部與圖形輸出模塊2、通用計(jì)箅模塊3以及飛控處理單元4相連。對(duì)外通過(guò)外接的多個(gè)數(shù)據(jù)集中器(DataConcentrator DC)，與飛機(jī)的各種航電設(shè)備連接，形成連接核心處理系統(tǒng)和其它航電設(shè)備的通用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。所述的各種航電設(shè)備包括雷達(dá)(如氣象雷達(dá)和二次雷達(dá))、天線及前端處理器、慣導(dǎo)系統(tǒng)、多種傳感器(如監(jiān)控傳感器)、飛行數(shù)據(jù)記錄單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。
AFDX交換模塊設(shè)計(jì)框圖如圖2所示，所述的AFDX交換模塊6包括電源單元A601、交換機(jī)端系統(tǒng)602、靜態(tài)路由配置603、交換功能模塊604、監(jiān)視功能模塊605和AFDX端口 606，其中AFDX端口 606用于實(shí)現(xiàn)AFDX交換模塊與和心處理系統(tǒng)內(nèi)部模塊和外部航電設(shè)備之間的連接；交換功能模塊604實(shí)現(xiàn)雙冗余幀過(guò)濾以及VL(虛擬鏈路)流量管制和故障隔離功能，同時(shí)，由靜態(tài)路由配置603讀取路由信息給交換功能模塊604實(shí)現(xiàn)VL的交換功能；交換機(jī)端系統(tǒng)602通過(guò)交換機(jī)配置端口和AFDX端口 606與AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)下載實(shí)現(xiàn)配置加載服務(wù)功能(包括交換機(jī)固件更新，靜態(tài)路由表更新等內(nèi)容)以及通過(guò)外接監(jiān)視設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視管理功能；電源單元A601接收通用電源模塊l傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)AFDX交換模塊6供電。所述的監(jiān)視功能模塊605用于對(duì)交換機(jī)端系統(tǒng)602、靜態(tài)路由配置603、交換功能模塊604進(jìn)行監(jiān)控。
圖形輸出模塊2也是雙冗余備份，如圖l所示，圖形輸出模塊2通過(guò)光纜與座艙顯示單元7進(jìn)行連接，座艙顯示單元7通過(guò)T形控制臺(tái)上多臺(tái)液晶顯示器和平視顯示器投影儀等顯示飛機(jī)姿態(tài)、導(dǎo)航、狀態(tài)監(jiān)控等信息。圖形輸出模塊2與AFDX交換模塊6通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)連接。其中的圖形輸出模塊2設(shè)計(jì)框圖如圖3所示，如圖3所示，所述的圖形輸出模塊2包括電源單元B201、圖像輸出單元202、 AFDX端系統(tǒng)A203、存儲(chǔ)單元A204、圖像處理單元205、模塊支持單元A206和圖形輸出模塊接口 207，圖形輸出模塊接口 207包括AFDX網(wǎng)絡(luò)接口、電源輸入接口以及光纜接口，分別用于與AFDX交換模塊6、通用電源模塊l和座艙顯示單元7進(jìn)行連接和通信。所述的電源單元B201接收通用電源模塊1傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)圖形輸出模塊2供電，AFDX端系統(tǒng)A203處理AFDX交換模塊6通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換成圖形輸出模塊2內(nèi)部總線的信號(hào),存儲(chǔ)單元A204包括程序存儲(chǔ)單元以及運(yùn)行支持內(nèi)存，其圖像處理單元205為圖形輸出模塊2的核心部分，包括多種DSP處理芯片，主要實(shí)現(xiàn)圖形生成解算,并將該解算結(jié)果輸出給圖像輸出單元202，最后通過(guò)座艙顯示單元7實(shí)現(xiàn)圖形生成的功能。模塊支持單元A206實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形輸出模塊2中內(nèi)部總線的時(shí)序控制。
通用計(jì)算模塊3共有八組，如圖1，通用計(jì)算模塊3與AFDX交換模塊6通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，由通用電源模塊l提供電源。通用計(jì)算模塊3原理框圖如圖4所示，通用計(jì)箅模塊3包括電源單元C301、 AFDX端系統(tǒng)B302、存儲(chǔ)單元B303、數(shù)據(jù)處理單元304、模塊支持單元B305和通用計(jì)算模塊接口 306，其中通用計(jì)算模塊接口 306包括AFDX網(wǎng)絡(luò)接口、電源輸入接口， AFDX網(wǎng)絡(luò)接口與外接的AFDX交換模塊6連接，電源輸入接口接收通用電源模塊1傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)通用計(jì)箅模塊3供電，AFDX端系統(tǒng)B302處理AFDX網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成通用計(jì)算模塊3內(nèi)部總線信號(hào)，存儲(chǔ)單元B303用來(lái)存儲(chǔ)通用計(jì)算模塊3內(nèi)部的運(yùn)行軟件并提供軟件運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存，具有代碼數(shù)據(jù)隔離存儲(chǔ)管理、局部易失/非易失存儲(chǔ)功能；數(shù)據(jù)處理單元304為通用計(jì)算^莫塊3核心處理部分，包括多個(gè)處理器，可以進(jìn)行整數(shù)、浮點(diǎn)處理，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)處理資源通道并行工作；模塊支持單元B305實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算豐莫塊3內(nèi)部各個(gè)單元間工作協(xié)調(diào)控制。
本發(fā)明提供的核心處理系統(tǒng)的飛控處理單元4包括三個(gè)飛控專用計(jì)算模塊401，如圖1所示。為了保障飛機(jī)飛行控制的可靠性，飛控處理單元4與通用計(jì)算模塊3分開(kāi)，通過(guò)AFDX交換模塊6進(jìn)行通訊。飛控處理單元4采用了三冗余、多通道的飛控專用計(jì)算模塊401,同時(shí)，當(dāng)兩±央通用電源模塊1失效時(shí)，由飛控電源備用模塊5提供飛控處理單元4的電源。飛控處理單元4與AFDX交換模塊6用AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)AFDX交換模塊6，與整個(gè)航電系統(tǒng)的AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，如圖5所示，飛控處理單元4中的飛控專用計(jì)算模塊401通過(guò)三余度ARINC629飛控總線連接外界多余度的電子作動(dòng)器ACE8,在電子作動(dòng)器ACE8中把駕駛員操縱桿9發(fā)送的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并逋過(guò)余度總線ARINC629傳送給飛控專用計(jì)算模塊401。飛控專用計(jì)算模塊401使用控制信號(hào)和來(lái)自AFDX總線接收的各種數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算控制律。其計(jì)算出來(lái)的控制指令通過(guò)ARINC629飛控總線發(fā)送給電子作動(dòng)器ACE8，電子作動(dòng)器ACE8接受控制指令并轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳給伺服作動(dòng)器10來(lái)控制操縱面的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)核心處理系統(tǒng)完全失靈時(shí)，由電子作動(dòng)器ACE8與駕駛員操縱桿9直連的方式，直接控制舵面上的伺服作動(dòng)器10，實(shí)現(xiàn)降級(jí)的飛行控制功能。
具體而言，飛控處理單元4包括三個(gè)模式，第一種是正常模式下，通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)接收飛行管理、導(dǎo)航、大氣數(shù)據(jù)信息等相關(guān)信息；當(dāng)AFDX網(wǎng)絡(luò)總線無(wú)法接收相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)入第二種模式輔助模式，控制律生成的輸入只有電子作動(dòng)器ACE8傳過(guò)來(lái)的駕駛員操縱桿9控制信號(hào)，在電子作動(dòng)器ACE8監(jiān)測(cè)三個(gè)飛控專用計(jì)算模塊401都完全失效的情況下到，啟用第三種模式直連模式，飛控處理單元4與電子作動(dòng)器ACE8連接斷開(kāi)，電子作動(dòng)器ACE8直接與伺服作動(dòng)器10進(jìn)行相連，直到監(jiān)測(cè)某個(gè)飛控專用計(jì)算模±夫401恢復(fù)正常的情況下再進(jìn)行相連。
飛控專用計(jì)算模塊如圖6所示。飛控專用計(jì)算l莫塊401內(nèi)部與采用兩個(gè)非相似處理通道的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了硬件的非相似冗余性，同時(shí)提供了三條ARINC629飛控總線接口，實(shí)現(xiàn)了與飛控設(shè)備電子作動(dòng)器(ACE)的相連。
飛控專用計(jì)算模塊401的主要工作是進(jìn)行控制律的解算工作，飛控專用計(jì)算模塊401通過(guò)AFDX端系統(tǒng)接收和發(fā)送AFDX網(wǎng)絡(luò)上的多神數(shù)據(jù)，通過(guò)ARINC629接口接收和發(fā)送ARINC629總線上數(shù)據(jù)給ACE。飛控專用計(jì)算模塊401內(nèi)部采用主支路和備用支路形成的雙支路架構(gòu)，如圖6，主要包括電源單元D401-1、 AFDX端系統(tǒng)401-2、 ARINC629接口401-3和處理器A401-4和B401-5、存儲(chǔ)單元C401-6和D401-7、模塊支持單元C401-8和D401-9、以及飛控專用計(jì)算模塊接口 401-10和內(nèi)部總線。其中的處理器A40'l-4、存儲(chǔ)單元C401-6和模塊支持單元C401-8組成主支路，處理器B401-5、存儲(chǔ)單元D401-7和模塊支持單元D401-9組成備用支路，所述主支路和備用支路分別采用不同的處理器、存儲(chǔ)單元和模塊支持單元，采用不同的處理架構(gòu)，所述主支路和備用支路處理器A401-4和B401-5都包含一個(gè)64位的微處理器，以及相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備和控制邏輯單元，存儲(chǔ)單元C401-6和D401-7主要包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、可編程只讀存儲(chǔ)器以及固定詠久性)存儲(chǔ)器。電源單元D401-1連接通用電源模塊1以及飛控電源備用模塊5，負(fù)責(zé)向兩個(gè)支路供電,自身具有自監(jiān)控、自我保護(hù)的特性，默認(rèn)情況下采用通用電源模塊l供電。飛控專用計(jì)算模塊接口 401-10指飛控專用計(jì)算模塊401與夕卜界的所有接口 ，包括AFDX網(wǎng)絡(luò)接口 、 ARINC629網(wǎng)絡(luò)接口和電源接口。
飛控電源備用模塊5只連接飛控處理單元4,采用與通用電源模塊1不一樣的匯電條供電，一般情況處于功率不輸出狀態(tài)，保持對(duì)飛控專用計(jì)算模塊401進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)到通用電源模塊1完全失效的情況下，提供給飛控專用計(jì)算模塊401電源，以保障其能源提供的可靠性。
運(yùn)行在飛控專用計(jì)算模塊401上的飛控軟件，其實(shí)現(xiàn)采用多個(gè)版本非相似余度技術(shù)，每個(gè)版本采用不同的開(kāi)發(fā)小組開(kāi)發(fā)的不同的架構(gòu)軟件、用不同編譯器編譯實(shí)現(xiàn)。同一個(gè)飛控專用計(jì)算模塊401的主支路和備用支路對(duì)應(yīng)的運(yùn)行軟件版本不一樣，同時(shí)每個(gè)主支路和備用支路分別備用另外一個(gè)不同版本的飛控軟件。
主支路和備用支路接收ARINC629飛控總線以及AFDX網(wǎng)絡(luò)總線的各種數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)不同版本的計(jì)算，主支路和備用支路都輸出飛控控制指令，經(jīng)過(guò)判斷，如果在誤差范圍內(nèi)，則仲裁為運(yùn)行正常，則此飛控專用計(jì)算模塊401運(yùn)行正常，通過(guò)ARINC629飛控總線給電子作動(dòng)器ACE8輸出控制指令；否則切換至下一飛控專用計(jì)算模塊401。備用支路的作用在于監(jiān)測(cè)主支路輸出的正確性。
任意一個(gè)飛控專用計(jì)，塊401都能控制飛機(jī)飛行,而冗余的飛控專用計(jì)算模塊401是為了確保更高的可靠性，連接飛控處理單元4上的ARINC629總線和電子作動(dòng)器ACE 8也分為3組。每個(gè)電子作動(dòng)器ACE 8從三余度ARINC629總線接收飛控專用計(jì)算單元401給出數(shù)據(jù)，同時(shí)飛控專用計(jì)算單元401接收電子作動(dòng)器ACE 8給出的駕駛員控制信號(hào)。每套飛控專用計(jì)算模塊401的控制指令通過(guò)指定的總線發(fā)送給電子作動(dòng)器ACE 8 ，電子作動(dòng)器ACE 8按照接收到的控制指令去控制預(yù)先分配的控制面。當(dāng)?shù)谝唤M的飛控專用計(jì)算模塊401或者總線失效后，電子作動(dòng)器ACE 8從其他總線選擇控制輸入。本組的電子作動(dòng)器ACE 8失效后,其控制的控制面的控制權(quán)限由其他的電子作動(dòng)器ACE 8代替。指令的有效性通過(guò)監(jiān)控支路本身和監(jiān)控支路從其他通道指令支路接受的數(shù)據(jù)來(lái)確保。當(dāng)某一個(gè)飛控專用計(jì)算模塊401失效后，其控制任務(wù)由其他的飛控專用計(jì)^m塊401替代，替代順序事先設(shè)定。
權(quán)利要求
1、一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)，其特征在于主要包括通用電源模塊、圖形輸出模塊、通用計(jì)算模塊、飛控處理單元、飛控電源備用模塊以及AFDX交換模塊；所述的圖形輸出模塊、通用計(jì)算模塊、飛控處理單元分別通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)與AFDX交換模塊連接，通用電源模塊為圖形輸出模塊、通用計(jì)算模塊、飛控處理單元和AFDX交換模塊提供直流電源，所述的飛控電源備用模塊作為飛控處理單元的備用電源，在通用電源模塊失效的情況下使用；飛控處理單元與AFDX交換模塊用AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)AFDX交換模塊，與整個(gè)航電系統(tǒng)的AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，飛控處理單元中的飛控專用計(jì)算模塊通過(guò)三余度ARINC629飛控總線連接外界多余度的電子作動(dòng)器ACE，在電子作動(dòng)器ACE中把駕駛員操縱桿發(fā)送的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并通過(guò)余度總線ARINC629傳送給飛控專用計(jì)算模塊；飛控專用計(jì)算模塊使用控制信號(hào)和來(lái)自AFDX總線接收的各種數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算控制律，其計(jì)算出來(lái)的控制指令通過(guò)ARINC629飛控總線發(fā)送給電子作動(dòng)器ACE，電子作動(dòng)器ACE接受控制指令并轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳給伺服作動(dòng)器來(lái)控制操縱面的偏轉(zhuǎn)；當(dāng)核心處理系統(tǒng)完全失靈時(shí)，由電子作動(dòng)器ACE與駕駛員操縱桿直連的方式，直接控制舵面上的伺服作動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)降級(jí)的飛行控制功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)，其特征在于飛控專用計(jì)算模塊內(nèi)部采用主支路和備用支路形成的雙支路架構(gòu)，主要包括電源單元D、 AFDX端系統(tǒng)C、 ARINC629接口和處理器A和B、存儲(chǔ)單元C和D、模塊支持單元C和D、以及飛控專用計(jì)算模塊接口和內(nèi)部總線；其中的處理器A、存儲(chǔ)單元C和模塊支持單元C組成主支路，處理器B、存儲(chǔ)單元D和模塊支持單元D組成備用支路，所述主支路和備用支路分別采用不同的處理器、存儲(chǔ)單元和模塊支持單元，采用不同的處理架構(gòu)，所述主支路和備用支路處理器A和B都包含一個(gè)64位的微處理器，以及相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備和控制邏輯單元，存儲(chǔ)單元C和D主要包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、可編程只讀存儲(chǔ)器以及固定存儲(chǔ)器；電源單元D連接通用電源模塊以及飛控電源備用模塊，負(fù)責(zé)向兩個(gè)支路供電,自身具有自監(jiān)控、自我保護(hù)的特性，默認(rèn)情況下采用通用電源模塊供電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng),其特征在于:所述的AFDX交換模塊在核心處理系統(tǒng)內(nèi)部與圖形輸出模塊、通用計(jì)算模塊以及飛控處理單元相連，對(duì)夕卜通過(guò)外接的多個(gè)數(shù)據(jù)集中器與飛機(jī)的各種航電設(shè)備連接，形成連接核心處理系統(tǒng)和其它航電設(shè)備的通用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；所述的AFDX交換模塊包括電源單元A、交換機(jī)端系統(tǒng)、靜態(tài)路由配置、交換功能模塊、監(jiān)視功能模塊和AFDX端口，其中AFDX端口用于實(shí)現(xiàn)AFDX交換模塊與和心處理系統(tǒng)內(nèi)部模塊和外部航電設(shè)備之間的連接；交換功能模塊實(shí)現(xiàn)雙冗余幀過(guò)濾以及虛擬鏈路流量管制和故障隔離功能，同時(shí)，由靜態(tài)路由配置讀取路由信息給交換功能模塊實(shí)現(xiàn)虛擬鏈路的交換功能；交換機(jī)端系統(tǒng)通過(guò)交換機(jī)配置端口和AFDX端口與AFDX網(wǎng)絡(luò)連接，通過(guò)下載實(shí)現(xiàn)配置加載服務(wù)功能以及通過(guò)外接監(jiān)視設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視管理功能；電源單元A接收通用電源模塊傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)AFDX交換模塊供電。所述的監(jiān)視功能模塊用于對(duì)交換機(jī)端系統(tǒng)、靜態(tài)路由配置、交換功能模塊進(jìn)行監(jiān)控。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)，其特征在于圖形輸出模iM過(guò)光纜與座艙顯示單元進(jìn)行連接，通過(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)與AFDX交換模塊連接；所述的圖形輸出模塊包括電源單元B、圖像輸出單元、AFDX端系統(tǒng)A、存儲(chǔ)單元A、圖像處理單元、模塊支持單元A和圖形輸出模塊接口，圖形輸出模塊接口包括AFDX網(wǎng)絡(luò)接口、電源輸入接口以及光纜接口，分別用于與AFDX交換模塊、通用電源模塊和座艙顯示單元進(jìn)行連接和通信；所述的電源單元B接收通用電源模塊傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)圖形輸出模塊供電，AFDX端系統(tǒng)A處理AFDX交換?！姥胪ㄟ^(guò)AFDX網(wǎng)絡(luò)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成圖形輸出模塊內(nèi)部總線的信號(hào)，存儲(chǔ)單元A包括程序存儲(chǔ)單元以及運(yùn)行支持內(nèi)存，其圖像處理單元包括多種DSP處理芯片，主要實(shí)現(xiàn)圖形生成解算，并將該解箅結(jié)果輸出給圖像輸出單元，最后通過(guò)座艙顯示單元實(shí)fi圖形生成的功能；模塊支持單元A實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形輸出模塊中內(nèi)部總線的時(shí)序控制；
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)，其特征在于通用計(jì)算模塊包括電源單元C、 AFDX端系統(tǒng)B、存儲(chǔ)單元B、數(shù)據(jù)處理單元、模塊支持單元B和通用計(jì)算模塊接口，其中通用計(jì)算模塊接口包括AFDX網(wǎng)絡(luò)接口、電源輸入接口， AFDX網(wǎng)絡(luò)接口與外接的AFDX交換模塊連接,電源輸入接口接收通用電源模塊傳輸?shù)碾娫葱盘?hào)，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換給整個(gè)通用計(jì)算模塊供電，AFDX端系統(tǒng)B處理AFDX網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成通用計(jì)算模塊內(nèi)部總線信號(hào)，存儲(chǔ)單元B用來(lái)存儲(chǔ)通用計(jì)算模塊內(nèi)部的運(yùn)行軟件并提供軟件運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存，具有代碼數(shù)據(jù)隔離存儲(chǔ)管理、局部易失/非易失存儲(chǔ)功能；數(shù)據(jù)處理單元包括多個(gè)處理器，進(jìn)行整數(shù)、浮點(diǎn)處理，實(shí)現(xiàn)多個(gè)處理資源通道并行工作；模塊支持單元B實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算模塊內(nèi)部各個(gè)單元間工作協(xié)調(diào)控制。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)，其特征在于所述的通用電源模塊和圖形輸出模塊為雙備份冗余；飛控處理單元和電子作動(dòng)器ACE為三備份冗余。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種民機(jī)航電綜合模塊化核心處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括通用電源模塊、圖形輸出模塊、通用計(jì)算模塊、飛控處理單元、飛控電源備用模塊以及AFDX交換模塊；飛控處理單元結(jié)合于核心處理系統(tǒng)之中，采用與其他模塊一樣的電源提供，并采用AFDX網(wǎng)絡(luò)與其他通用處理模塊以及其他航電分設(shè)備相連，完成飛機(jī)飛行控制功能的集中控制。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101604162SQ20091008810
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者亮 余, 崔德剛, 查振羽, 甜 田, 董勤鵬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)