Модуль типовых авиационных интерфейсов
STANDARD AVIATION INTERFACE MODULE

Предлагаемое изобретение относится к области испытательного оборудования техники и предназначено для разработки и испытаний самолётного оборудования на комплексах полунатурного моделирования, развёртывания многоуровневых комплексов обработки данных с высокой масштабируемостью.
При разработке и испытаниях самолетного оборудования на комплексах полунатурного моделирования возникает необходимость имитации информационной обстановки для блоков и систем реального бортового оборудования, характерной для различных режимов полёта, в том числе, интеграции данных с широкой номенклатуры авиационных интерфейсов, проведения промежуточных вычислений и передачи их в унифицированном виде через стандартные интерфейсы (PCI Express, Ethernet, AFDX) на внешний хост. Авиационные интерфейсы объединяются в логические подсистемы, требующие промежуточного центра обработки данных. Типичная самолетная подсистема содержит два и более разнородных или дублирующих авиационных интерфейса, наиболее распространённым из которых является набор дискретных сигналов +27В/разрыв и корпус/разрыв, сетевой интерфейс AFDX для объединения в сети с другими подсистемами, а также единый высокоскоростной интерфейс PCI Express для связи с персональным компьютером (ПК), который выполняет задачи интеграции данных на уровне всего комплекса. Это означает, что вычислительные ресурсы ПК на каждую отдельную подсистему ограничены, и все основные вычисления и обработка данных должны производиться внутри подсистемы (модуля типовых авиационных интерфейсов) с минимальной нагрузкой на ПК.
Из уровня техники известно известен аналог  модуль APCe7000 Series компании AcroPack, который содержит модуль носитель, представляющий собой печатную плату, на которой расположены: торцевой разъём для приема-выдачи внешних сигналов, разъемы mini PCI Express для подключения мезонинов к шине PCI Express, шину ввода-вывода PCI Express для подключения к персональному компьютеру. Также упомянутый аналог содержит мезонины, представляющие собой печатные платы, на которых расположены: разъемы для приема-выдачи внешних сигналов с торцевого разъема, интерфейсные микросхемы.
К недостаткам указанного устройства можно отнести:
- отсутствие отдельного вычислительного устройства (процессорного модуля), таким образом, основная вычислительная нагрузка приходится на ПК;
- используются соединители с интерфейсом mini PCI Express, который более требователен к топологии печатной платы, длине линии связи и занимает большее количество выводов, чем Raspberry Pi-совместимый набор интерфейсов, подключенный к разъёмам, используемым в предлагаемом изобретении подключения мезонинов;
- отсутствие разъемов для подключения SFP модулей, на базе которых реализуется подключение к оптическим или медным линиям связи для обмена данными по сети AFDX, Ethernet.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в построении универсального узла для комплексов полунатурного моделирования, реализующего произвольную подсистему типовых авиационных интерфейсов в виде набора дискретных сигналов +27В/разрыв и корпус/разрыв (без мезонинов) либо набора дискретных сигналов +27В/разрыв и корпус/разрыв с одним или более дополнительным интерфейсом (с установленными мезонинами), интегрированную с программно-настраиваемыми средствами обработки данных и обмена ими по сети и по интерфейсу PCI Express.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет переноса основной вычислительной нагрузки в вычислительное устройство, подключения к оптическим или медным линиям связи для обмена данными по сети AFDX, Ethernet, возможности подключения мезонинов с набором интерфейсов, совместимым с Raspberry Pi.
Описанный технический результат достигается благодаря тому, что модуль типовых авиационных интерфейсов содержит модуль носитель, представляющий собой  печатную плату, на которой расположены: торцевой разъём приема-выдачи дискретных сигналов и сигналов физического уровня авиационных интерфейсов, разъёмы для подключения сигналов физического уровня мезонинов, разъемы серии PLD для подключения промежуточных шин мезонинов, разъемы серии PBD для подключения вычислительного устройства, встроенный блок преобразования физического уровня дискретных сигналов +27В/разрыв и Корпус/разрыв, разъём для приёма-передачи логических уровней дискретных сигналов, также модуль типовых авиационных интерфейсов содержит вычислительное устройство с шиной PCI Express, разъемы для подключения SFP-модулей, соединители, совместимые с одноплатным компьютером типа Raspberry Pi, при этом к торцевому разъёму приема-выдачи дискретных сигналов и сигналов физического уровня авиационных интерфейсов подключены разъёмы для подключения сигналов физического уровня мезонинов и встроенный блок преобразования физического уровня дискретных сигналов +27В/разрыв и корпус/разрыв, который последовательно соединен с  разъёмом для приёма-передачи логических уровней дискретных сигналов, и вычислительным устройством, при этом упомянутое вычислительное устройство соединено с шиной PCI Express, разъемами для подключения SFP-модулей и соединителями, совместимыми с одноплатным компьютером типа Raspberry Pi, при этом вычислительное устройство посредством соединителей, совместимых с одноплатным компьютером типа Raspberry Pi, подключено к разъёмам серии PBD для подключения вычислительного устройства, которые соединены  с разъёмами серии PLD для подключения промежуточных шин мезонинов.
Изобретение поясняется чертежом (фиг.), где представлен структурная схема модуля типовых авиационных интерфейсов, далее Модуль ТАИ, где показаны:
1 - модуль носитель;
2 - мезонины;
2.1 - входы физических уровней авиационных интерфейсов;
2.2 - набор интерфейсов, совместимым с Raspberry Pi.;
3 - торцевой разъём приема-выдачи дискретных сигналов и сигналов физического уровня авиационных интерфейсов;
4 - разъёмы для подключения сигналов физического уровня мезонинов;
5 - разъёмы серии PLD для подключения промежуточных шин мезонинов;
6 - разъёмы серии PBD для подключения вычислительного устройства;
7 - встроенный блок преобразования физического уровня дискретных сигналов +27В/разрыв и Корпус/разрыв;
8 - разъём для приёма-передачи логических уровней дискретных сигналов;
9 - вычислительное устройство;
10 - соединитель, совместимый с одноплатным компьютером типа Raspberry Pi;
11 - внешние сигналы авиационных интерфейсов;
12 - шина PCI Express;
13 - разъемы для подключения SFP-модулей;
14 - сетевой интерфейс для связи с удалёнными узлами;
15 - удаленный узел (абонент).
Модуль ТАИ осуществляется следующим образом.
Внешние сигналы авиационных интерфейсов 11 подаются на торцевой разъём приема-выдачи дискретных сигналов и сигналов физического уровня авиационных интерфейсов 3 модуля-носителя 1, далее по печатным проводникам они передаются на блок преобразования физического уровня дискретных сигналов +27В/разрыв и корпус/разрыв 7, где согласуются уровни входных сигналов для дальнейшей их обработки. Преобразованные входные сигналы поступают на разъём для приёма-передачи логических уровней дискретных сигналов 8 и передаются на вычислительное устройство 9, где обрабатываются и выдаются в ПК по интерфейсной шине PCI Express 12.
Для выдачи дискретных сигналов формируется управляющая команда с ПК, которая поступает по шине PCI Express 12 на вычислительное устройство 9. Вычислительное устройство 9 преобразует управляющую команду по шине PCI Express 12 в дискретные управляющие сигналы, которые через разъём для приёма-передачи логических уровней дискретных сигналов 8 по печатным проводникам поступают на блок преобразования физического уровня дискретных сигналов +27В/разрыв и корпус/разрыв 7. В блоке преобразования 7 формируется выходной сигнал +27В/разрыв и Корпус/разрыв, который поступает на разъём  приема-выдачи дискретных сигналов и сигналов физического уровня авиационных интерфейсов 3.
Для работы с удаленными узлами 15 модуль ТАИ подключается к внешней сети, используя оптические или медные линии связи, в зависимости от установленных SFP модулей в разъемы для подключения SFP-модулей 13 на вычислительном устройстве 9. Сигналы, поступающие по упомянутой сети, преобразуются в SFP модулях для их дальнейшей цифровой обработки, затем вычислительное устройство 9 их обрабатывает и формирует ответные данные, которые передаются по линиям связи к удаленным узлам 15.
При наличии мезонинов, модуль ТАИ может работать с различными авиационными интерфейсами, в зависимости от программно-аппаратных возможностей мезонинов 2. Внешние сигналы авиационных интерфейсов 11 подаются на разъём 3 модуля-носителя 1, далее по печатным проводникам они передаются на разъёмы для подключения сигналов физического уровня мезонинов 4, а затем поступают на мезонины 2. На мезонинах 2 сигналы авиационных интерфейсов 11 обрабатываются, при помощи программно-аппаратных средств мезонинов 2 или под управлением вычислительного устройства 9. Сигналы управления, на мезонины 2, поступают через разъёмы серии PLD c совместимым Raspberry Pi набором интерфейсов 5, которые соединены печатными проводниками с разъемами серии PBD c совместимым Raspberry Pi набором интерфейсов для подключения вычислительного устройства 6. Обработанные сигналы авиационных интерфейсов 11, при необходимости, выдаются обратно, через последовательно соединенные разъемы 4 и 3 на внешнее самолетное оборудование.