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IMA2G的技术领域发展发现和IMA2G研究与实现详细资料免费下载

时间:2018-10-20 16:51:49  来源:本站  作者:

  IMA1G已经广泛应用于军民用航电系统中,IMA2G 时代即将到来。与IMA1G 相比较,IMA2G在功能、功耗、体积、重量以及成本各方面都有绝对的优势,IMA2G技术已引起国内外学术界和产业界的高度重视,相关研究领域已取得了许多研究进展,但仍然存在许多挑战性的课题。该文首先深入论述了国外IMA2G相关关键技术领域发展,然后介绍了我们的IMA2G研究方案、研究成果以及测试验证情况,最后指出了下一步的研究工作。

  作为第一代综合化航电系统IMA1G( first Genernation Intergated Modular Avionics)标志的F35航电系统诞生已经16年,随后采用IMA1G技术的空客A380、波音B787 以及军用运输机A400 等飞机相继投入运营,标志着IMA1G技术已经获得广泛应用。其间航空技术发展的需求,以及相关学科如软件技术、网络技术、处理器技术以及基础理论的发展,持续推动了IMA技术的发展,并逐步促成了IMA2G( Second Genernation Intergated Modular Avionics)诞生。目前,UIUC、伯克利和CMU等国内外著名大学,Honeywell、Lockheed Martin、Rockwell Collins、Wind River、THALES以及中航工业等国内外大公司围绕IMA2G 相关技术都开展了深入研究工作,取得了一系列的研究成果,其中ARINC公司完成了ARINC 653标准修订[1],风河公司开发了操作系统 Wind River 653 3.X[2],中航工业集团公司开发了国产自主版权操作系统天脉2多核版本,支持多核处理器在IMA2G系统中的应用。欧盟在第七框架计划中安排的SCARLETT项目(Scalable & ReconfigurabLe Electronics PlaTforms and Tools Towards the Next Generation of Integrated Modular Avionics),对IMA2G 技术领域进行了全面深入研究。本文重点分析了国外IMA2G方面的研究工作,特别是欧洲SCARLETT项目的研究工作,简述了我们在IMA2G方面的研究方案、部分工作进展, 并介绍了所开发的IMA2G系统实际运行情况和评测结果,最后指出了需进一步开展的研究工作。软件支撑工具是IMA2G 技术发展的基石,限于篇幅,另文论述。

  SCARLETT是欧盟在第七框架计划中安排的面向下一代综合化航电系统的研究项目,参加单位包括达索、空客、THALES等几乎所有欧洲主流的航空制造商、部分大学以及Wind River、Green Hill等著名美国公司,该项目的目标是攻克IMA2G 技术,达到如下目的:增加航空电子设备客户满意度、提高航空飞行器研发、生产和维护过程中的效费比、提供等级不断增长的可靠性和信息安全性以及减轻航空运输过程中的环境污染。

  SCARLETT技术创新包括[3][4][5][6][7][8][9]:1)提出了分布式模块化电子设备(Distributed Modular Electronics :DME)概念,将航电系统输入输出和航电应用处理相分离,减少通用模块类型,实现分布式安装,提高航电设备对飞机机体安装空间的适应性,减轻航电设备和连接电缆重量;2)支持不断增长的高性能处理器应用。基于多核处理器的高性能通用处理模块应达到与单核处理器同样的实时确定性,支持安全关键航电应用的综合 ;3)提供平台级服务的抽象。IMA1G实现了应用与平台之间的相互独立。但还不能满足不同域的配置。SCARLETT以现有标准为基础和起点,在标准平台API 中,增加新功能、改进现有配置形式,以便反映不同的角色,简化增量式认证;4)提供重构机制。该机制是SCARLETT的核心创新点,通过备份资源管理实现资源在平台级的动态分配而不是在子系统级的静态分配。该机制可达到使用最小数量的备份资源,使飞行器达到最大的可用性。该研究工作包括:地面重构和空中重构;预先验证的重构和基于算法的重构的比较;监管下的重构和自动重构的比较;备份模块在多功能间的共享;功能的平稳降级。5)综合过程和工具。研究内容包括:通用的软件开发和调试工具;平台仿真工具;应用预确认工具;平台配置和重构工具;平台动态行为分析工具;自动化测试工具 。6)封装技术选择。实现面向多种飞机的可复用通用模块。 7)制订相关标准。

  在现代飞行器航电系统中,飞行器制动、转向(Steering)、飞控、高升力、客舱压力等为典型的时间关键(time critical:TC)功能,这类任务的主要特点是周期短、速率高、延迟短,最大动态响应时间短。如何将这类任务综合到IMA系统中,SCARLETT对此提出了三个方案,研究了三种方案的结构复杂性、动态响应特性、可靠性和容错能力[10] 。在SCARLETT项目中,波兰 Rzeszow University of Technology 基于AFDX体系架构,采用CPM(Core Processing Module)+REU(Remote Electronics Unit)体系结构,验证控制算法分配在CPM和REM间,实现俯仰舵面控制,调度框架实现了200Hz的调度速率,可以满足飞行控制任务需求。应当指出,SCARLETT项目中飞行器主干网络为第一代AFDX,采用基于网络的综合方法,这种综合方法简单,易于实现复杂分布式网络航电系统综合。如果采用基于任务的综合方法,上述调度速率可进一步提高,但综合方法相对较复杂。另外,如果主干网络采用千兆AFDX,仍采用上述综合方法,调度速率也可进一步提高。总之,基于AFDX架构可以实现时间关键航电应用在IMA系统中的综合。

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