ПЛАТФОРМА ИНТЕГРИРОВАННОЙ МОДУЛЬНОЙ АВИОНИКИ

Предполагаемая полезная модель относится к технике обработки цифровых данных с помощью электрических устройств и может быть использована при разработке устройств для программного управления блоков и систем летательных аппаратов, например самолетов гражданской и транспортной авиации.
Известна платформа интегрированного процессорного кабинета (Integrated Processing Cabinet - IPC) Pro Line 21. Данная платформа содержит два блока, включающих каждый по два коммутатора, процессорный модуль (СММ) и графический модуль (DMM), причем процессорный и графический модули соединены с коммутаторами своего блока (см., например, «Multi-Modal Digital Avionics for Commercial Applications», рис.8.17, http://acast.grc.nasa.gov/main/docu-ments/acast/mmda-reports).
Конструкцией данного кабинета не предусмотрена возможность дублирования процессорных модулей, что не обеспечивает достаточной надежности особенно для использования в авиационных системах.
Наиболее близким аналогом - прототипом является платформа интегрированного процессорного кабинета (Common Computing Resource Cabinet - CCR) для самолета В7Е7 (см., например, «Evolution of Multi-Modal Digital Avionics», Mark Peters Seagull Technology, Inc. страница 20, http://acast.grc.nasa.gov/wp-content/uploads/acast/workshop/2004/Plenary/10-Peters pdf.), содержащая два блока, каждый из которых имеет два коммутатора, четыре процессорных модуля, связанных с коммутаторами своего блока и несколько различных сменных модулей, также связанных с коммутаторами своего блока, причем коммутаторы одного блока соединены с соответствующими коммутаторами другого блока.
Хотя в известном устройстве и предусмотрена возможность дублирования работы каждого блока, надежность его работы может быть недостаточной, особенно для использования в дальнемагистральных коммерческих авиалайнерах.
Задача полезной модели состоит в разработке платформы интегрированной модульной авионики, конструкция которой обеспечивает возможность многократного дублирования работы каждого блока, что существенно уменьшает вероятность отказа и соответственно гарантирует надежность работы и в нестационарных условиях, например, на борту самолета
Сущность полезной модели состоит в том, что платформа интегрированной модульной авионики, выполнена в виде крейта, содержащего две подсистемы с установленными в каждой подсистеме двумя вычислительными и двумя графическими модулями, коммутатором, и модулем вторичного электропитания, причем первый и второй вычислительные модули каждой подсистемы соединены между собой первыми группами входов-выходов, вторыми группами входов-выходов подключены соответственно к первым и вторым группам входов-выходов первого графического модуля своей подсистемы, третьими группами входов-выходов соединены соответственно с первыми и вторыми группами входов-выходов второго графического модуля своей подсистемы, четвертыми группами входов-выходов подключены к первым и вторым группам входов-выходов коммутатора своей подсистемы, а пятыми группами входов-выходов соединены с третьими и четвертыми группами входов-выходов коммутатора другой подсистемы, при этом первые и вторые графические модули каждой подсистемы третьими группами входов-выходов подключены соответственно к пятым и шестым группам входов-выходов коммутатора своей подсистемы, а четвертыми группами входов-выходов соединены с седьмыми и восьмыми группами входов-выходов коммутатора другой подсистемы, первые графические модули каждой подсистемы пятыми и шестыми группами входов-выходов подключены соответственно к первым и вторым группам входов-выходов, а вторые графические модули каждой подсистемы своими пятыми и шестыми группами входов-выходов соединены соответственно с третьей и четвертой группами входов-выходов соответствующей подсистемы, при этом первые вычислительные модули каждой подсистемы шестыми и седьмыми группами входов-выходов подключены соответственно к шестым и седьмым группам входов-выходов, вторые вычислительные модули каждой подсистемы своими шестыми группами входов-выходов соединены соответственно с пятыми группами входов-выходов соответствующей подсистемы, а коммутаторы каждой подсистемы своими с девятой по шестнадцатую группами входов-выходов подключены соответственно к группам с восьмой по пятнадцатую входов-выходов соответствующей подсистемы, причем с первой по пятнадцатую группы входов-выходов первой подсистемы крейта соединены с соответствующими с первой по пятнадцатую группами входов-выходов платформы интегрированной модульной авионики, с шестнадцатой по тридцатую группы входов-выходов которой подключены к соответственно с первой по пятнадцатую группам входов-выходов второй подсистемы крейта, при этом модули вторичного электропитания каждой подсистемы первыми группами входов-выходов соединены с седьмой группой входов-выходов первых графических модулей своей подсистемы, подключены к седьмой группе входов-выходов вторых графических модулей своей подсистемы, соединены с восьмой группой входов-выходов первых вычислительных модулей своей подсистемы, подключены к седьмой группе входов-выходов вторых вычислительных модулей своей подсистемы, а также соединены с восьмой группой входов-выходов первых графических модулей другой подсистемы, подключены к восьмой группе входов-выходов вторых графических модулей другой подсистемы, соединены с девятой группой входов-выходов первых вычислительных модулей другой подсистемы и подключены к восьмой группе входов-выходов вторых вычислительных модулей другой подсистемы.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является разработка конструкции, надежность которой по сравнению с известными аналогами выше в два раза при эксплуатации, например, на борту самолета.
На фиг.1 приведена функциональная блок-схема заявляемой полезной модели - платформа интегрированной модульной авионики.
Платформа интегрированной модульной авионики (фиг.1) выполнена в виде крейта 1 (термин «крейт» употребляется специалистами в качестве синонима терминов «корпус», «шасси», см., например, www.tech-i.ru/support/video/optica_TRC.pdf, www.ge.ru/u/Prices/CCTV.pdf, http://catalog.novеc.ru/catalog/rittal/3.pdf), содержащего две подсистемы (2 и 3) с установленными в каждой подсистеме модулем коммутатором (соответственно 4 и 5), двумя вычислительными модулями (соответственно 6 и 7, 8 и 9) двумя графическими модулями (соответственно 10 и 11, 12 и 13) и модулем вторичного электропитания (14 и 15), причем первый и второй вычислительные модули (соответственно 7 и 6, 8 и 9) каждой подсистемы (соответственно 2 и 3) соединены между собой первыми группами входов-выходов, вторыми группами входов-выходов подключены соответственно к первым и вторым группам входов-выходов первого графического модуля (соответственно 11 и 12) своей подсистемы (соответственно 2 и 3), третьими группами входов-выходов соединены соответственно с первой и второй группами входов-выходов второго графического модуля (соответственно 10 и 13) своей подсистемы (соответственно 2 и 3), четвертыми группами входов-выходов подключены к первым и вторым группам входов-выходов коммутатора (соответственно 4 и 5) своей подсистемы (соответственно 2 и 3), а пятыми группами входов-выходов соединены с третьими и четвертыми группами входов-выходов коммутатора (соответственно 5 и 4) другой подсистемы (соответственно 3 и 2), при этом первые и вторые графические модули (соответственно 11 и 10, 12 и 13) каждой подсистемы (соответственно 2 и 3) третьими группами входов-выходов подключены к пятым и шестым группам входов-выходов коммутатора (соответственно 4 и 5) своей подсистемы (соответственно 2 и 3), а четвертыми группами входов-выходов подключены к седьмым и восьмым группам входов-выходов коммутатора (5 и 4) другой подсистемы (соответственно 3 и 2), первые графические модули (соответственно 11 и 12) каждой подсистемы (соответственно 2 и 3) пятыми и шестыми группами входов-выходов соединены соответственно с первыми и вторыми группами входов-выходов, а вторые графические модули (соответственно 10 и 13) каждой подсистемы (соответственно 2 и 3) своими пятыми и шестыми группами входов-выходов подключены соответственно к третьей и четвертой группам входов-выходов соответствующей подсистемы, при этом первые вычислительные модули (соответственно 7 и 8) каждой подсистемы (соответственно 2 и 3) шестыми и седьмыми группами входов-выходов соединены соответственно с шестыми и седьмыми группами входов-выходов, а вторые вычислительные модули (соответственно 6 и 9) каждой подсистемы (соответственно 2 и 3) своими шестыми группами входов-выходов подключены соответственно к пятым группам входов-выходов соответствующей подсистемы (соответственно 2 и 3), а коммутаторы (соответственно 4 и 5) каждой подсистемы (соответственно 2 и 3) своими с девятой по шестнадцатую группами входов-выходов соединены соответственно с восьмой по пятнадцатую группами входов-выходов соответствующей подсистемы (соответственно 2 и 3), причем с первой по пятнадцатую группы входов-выходов первой подсистемы крейта подключены к соответствующим с первой по пятнадцатую группам входов-выходов платформы интегрированной модульной авионики, с шестнадцатой по тридцатую группы входов-выходов которой соединены соответственно с первой по пятнадцатую группами входов-выходов второй подсистемы крейта, а модули вторичного электропитания каждой подсистемы (соответственно 2 и 3) первыми группами входов-выходов подключены соответственно к седьмой группе входов-выходов первых графических модулей (соответственно 11 и 12) своей подсистемы (соответственно 2 и 3), соединены с седьмой группой входов-выходов вторых графических модулей (соответственно 10 и 13) своей подсистемы (соответственно 2 и 3), подключены к восьмой группе входов-выходов первых вычислительных модулей (соответственно 7 и 8) своей подсистемы (соответственно 2 и 3), соединены с седьмой группой входов-выходов вторых вычислительных модулей (соответственно 6 и 9) своей подсистемы (соответственно 2 и 3), а также подключены к восьмой группе входов-выходов первых графических модулей (соответственно 12 и 11) другой подсистемы (соответственно 3 и 2), соединены с восьмой группой входов-выходов вторых графических модулей (соответственно 13 и 10) другой подсистемы (соответственно 3 и 2), подключены к девятой группе входов-выходов первых вычислительных модулей (соответственно 8 и 7) другой подсистемы (соответственно 3 и 2), а также соединены с восьмой группой входов-выходов вторых вычислительных модулей (соответственно 9 и 6) другой подсистемы (соответственно 3 и 2).
Вычислительные модули (6 и 7, 8 и 9) предназначены для реализации задаваемых программных процедур и выполнены в виде, например, процессорных блоков типа VPX6-185 (см., например, http://www.cwcembedded.com/vpx6-185.htm) графические модули (10 и 11, 12 и 13) предназначены для реализации задаваемых программных процедур обработки графической информации и выполнены в виде, например, процессорных блоков типа VPX6-1952 (см., например, http://www.cwcembedded.com/vpx6-1952-t9400.htm), коммутаторы (4 и 5) предназначены для работы в соответствии со своим функциональным назначением и выполнены, например, в виде блоков типа VPX6-684 (см., например, http://www.cwcembedded.com/vpx6-684_ethernet_switch.htm), модули вторичного электропитания предназначены для программно-управляемой подачи вторичных питающих напряжений на вычислительные модули, графические модули и коммутаторы.
Платформа интегрированной модульной авионики работает следующим образом.
В каждом вычислительном модуле (соответственно 6 и 7, 8 и 9), а также в каждом графическом модуле (соответственно 10 и 11, 12 и 13) формируют по четыре программных блока, которые на представленной в Приложении блок-схеме алгоритма работы платформы обозначены буквами: в вычислительных модулях 6 и 7, 8 и 9 - А, Б, В и Г, а в графических модулях 10 и 11, 12 и 13 - Д, Е, Ж и И (см. Приложение).
В программном блоке А вычислительных модулей 6 и 7, 8 и 9 осуществляют прием информации и выдачу сигналов управления по каналам с интерфейсом по ГОСТ 18977-79 и РТМ1495-75 (ARINC 429) (см. стандарты ARINC, например, https://www.arinc.com/cf/store/catalog.cfm?prod_group_id=1&category_group_id=1) на системы авионики через шестую группу входов-выходов каждого из вычислительных модулей; кроме того, в программном блоке А вычислительных модулей 7 и 8 осуществляют прием и выдачу информации по каналам с интерфейсом по ГОСТ Р 52070-2003 (MIL-STD-1553В) (см., например, http://snebulos.mit.edu/projects/reference/MIL-STD/MIL-STD-1553B.pdf) на системы авионики через седьмую группу входов-выходов вычислительных этих модулей.
В программных блоках Б вычислительных модулей 6 и 9 производят предварительную обработку информации, поступающей от соответствующих программных блоков А вычислительных модулей 6 и 9, а также от соответствующих программных блоков Б вычислительных модулей 7 и 8; аналогично, в программных блоках Б вычислительных модулей 7 и 8 производят предварительную обработку информации, поступающей от соответствующих программных блоков А вычислительных модулей 7 и 8, а также от соответствующих программных блоков Б вычислительных модулей 6 и 9. Информация от программного блока Б первого вычислительного модуля поступает в программный блок Б второго вычислительного модуля, а также от программного блока Б второго вычислительного модуля поступает в программный блок Б первого вычислительного модуля по каналам Serial Rapid IO (см., например, http://www.rapidio.org/specs/current) через первую группу входов-выходов первого и второго вычислительных модулей каждой подсистемы.
В программных блоках Г вычислительных модулей и в программных блоках И графических модулей обрабатывают информацию от систем авионики с интерфейсом ARINC 664 (AFDX) (см. стандарты ARINC, например, https://www.arinc.com/cf/store/catalog.cfm?prod_group_id=1&category_group_id=3).
Эта информация поступает через четвертые и пятые группы входов-выходов первых и вторых вычислительных модулей первой и второй подсистемы от коммутаторов первой и второй подсистем, а также через третьи и четвертые группы входов-выходов первых и вторых графических модулей первой и второй подсистемы от коммутаторов первой и второй подсистем.
Информация от программных блоков Б и Г поступает в программные блоки В для обеспечения алгоритмов работы основных систем авионики (например, системы навигации, системы управления полетом, электронно-оптической системы).
Результаты вычислений из программного блока В первого вычислительного модуля первой и второй подсистемы передают во второй вычислительный модуль первой и второй подсистемы соответственно через первые группы входов-выходов первого и второго вычислительного модуля первой и второй подсистемы; аналогично, результаты вычислений из программного блока В второго вычислительного модуля первой и второй подсистемы передают в первый вычислительный модуль первой и второй подсистемы соответственно через первые группы входов-выходов первого и второго вычислительного модуля первой и второй подсистемы. Результаты вычислений из программного блока В первого вычислительного модуля первой и второй подсистемы передают во второй вычислительный модуль первой и второй подсистемы соответственно через первые группы входов-выходов первого и второго вычислительного модуля первой и второй подсистемы.
Программный блок Ж каждого графического модуля обеспечивает поступление данных для формирования графической информации по каналам Serial Rapid IO от первого и второго вычислительного модуля через первые вторые группы входов-выходов. Эту информацию передают в программный блок Е графического модуля, где ее сравнивают с результатами вычислений в блоке В соответствующего вычислительного модуля. При полном совпадении информации от программных блоков В вычислительных модулей, программный блок Е обеспечивает формирование графической информации, которую передает в программный блок Д для выдачи по каналам ARINC 818 (см. стандарты ARINC, нaпpимep, https://www.arinc.com/cf/store/catalog.cfm?prod_group_id=1&category_group_id=63) через пятые группы входов-выходов графического модуля и по каналам DVI-D (см., например, http://www.ddwg.org/lib/dvi_10.pdf, http://www.ddwg.org/dviinfo.asp) через шестые группы входов-выходов графического модуля на систему индикации.
Обеспечение высокой надежности и отказоустойчивости платформы достигается использованием совместно двух программных средств контроля и реконфигурации:
- программных средств встроенного контроля в каждом вычислительном модуле и в каждом графическом модуле (программные модули К1 и К2), причем результаты встроенного контроля от программных модулей К1 и К2 передают в программный модуль В;
- распределенного программного автомата контроля и реконфигурации в программных модулях В, реализованного, например, как многоканальные структуры с автоматом межканального обмена, программного контроля и восстановления информации в каналах (АМКВИ) (см., например, статью «IOTS-подход: анализ вариантов структур отказоустойчивых бортовых комплексов при использовании электронных компонентов Industry», http://ableobserver.ru/literature/chipnews/200307/7.html).
Распределенный программный автомат контроля и реконфигурации устанавливают во все вычислительные модули платформы (в программные модули В). Этот программный автомат производит мониторинг работы всех модулей платформы и обеспечивает взаимный обмен результатами вычислений и/или результатами встроенного контроля в реальном масштабе времени. На основе сравнения результатов работы всех модулей распределенный программный автомат контроля и реконфигурации исключает из работы неисправные модули и модули с некорректными результатами вычислений, причем для исключения из работы неисправных модулей этот автомат задействует возможности программно-управляемой подачи вторичных питающих напряжений, реализованные в модулях вторичного электропитания.
При этом достигается высокая степень надежности за счет четырехкратного резервирования работы пар вычислительных и графических модулей и за счет двукратного резервирования первой и второй подсистем крейта платформы интегрированной модульной авионики.
Пример блок-схемы алгоритма работы платформы интегрированной модульной авионики приведен в приложении к заявке.