Многофункциональные индикаторы на плоских жидкокристаллических панелях: наукоемкие аппаратно-программные решения

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ НА ПЛОСКИХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПАНЕЛЯХ: НАУКОЕМКИЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ РЕШЕНИЯ

П.П. Парамонов, Н.С. Копорский, Б.В. Видин, И. О. Жаринов

Введение

Конструирование современных систем бортового радиоэлектронного оборудования основано на отображении в реальном времени полетной информации на специализированных средствах индикации. Широкое распространение для визуализации пило-тажно-навигационной информации получили многофункциональные цветные индикаторы МФЦИ.

Рис. 1. Многофункциональный цветной индикатор МФЦИ

Благодаря введению больших жидкокристаллических (ЖК) экранов, а также кнопочного наборного поля качественно изменился подход к созданию систем индикации. Необходимую информацию (рабочий кадр) пилот получает нажатием определенной кнопки, функциональное назначение которой иллюстрируется на экране соответствующей подписью (транспарантом) и зависит от режима работы изделия и индикационной программы.

Многофункциональный цветной индикатор МФЦИ (см. рис. 1) представляет собой электронный блок индикации, в состав которого входят: вычислитель на базе производительного процессора; устройства ввода/вывода данных, обеспечивающее информационный обмен в составе комплекса по выбранным видам стандартизованных интерфейсов; интеллектуальный графический контроллер с библиотекой графических примитивов; устройство питания; устройство коммутации; ЖК-экран с системой подсвета и узлом подогревателя, обеспечивающие отображение полетной информации в суровых условиях наличия внешних воздействующих факторов.

МФЦИ решает на борту индикационные задачи и, в зависимости от реализованных аппаратно-программных средств, в состоянии обеспечивать индикацию не только вторичных параметров (после обработки сигналов в специализированных блоках преобразования), но и, при необходимости, первичных параметров полета летательного аппарата.

TI

s

p

[чз

0 н

~D

VC т; H

ve

~D

1

ш я

CD S ш

о го о

s т; Ш H

о тз ш

е

JZ

ГОСТ 1814Í-81

А

ГОСТ 18977-79 ARINC 708

,КВ КП ДВ ДП KB КП ДВ ДПI

RGB поГОСТ 784Í-92

A RGB поГОСТ 7845-52

Ю UJ VO

+27 В ЕС по ГОСТ 19705 +27 В БС поГОСТ 1970Í

MIL ГОСТ 2676Í.Í2-S7

M-ч—

Состав и назначение

Структурная схема индикатора МФЦИ выполняется по модульному принципу. Состав, номенклатура и количество модулей, входящих в аппаратуру, как правило, стандартизированы и определяются назначением и решаемыми задачами блока индикации в составе каждой конкретной системы БРЭО. Типовая структурная схема бортового блока МФЦИ приведена на рис.2.

Модули, входящие в аппаратуру МФЦИ, по принципу работы с магистралью интерфейса разделяются на активные и пассивные. Активным модулем является модуль вычислителя MB, выполняющий функции центрального процессора (ЦП), который в соответствии с рабочей индикационной программой или встроенными тестами контроля осуществляет запрос данных из магистрали, их прием, а также выдачу данных в магистральную шину.

Модули дискретного обмена МД, МО, а также модуль графический МГ являются пассивными и способны принять запрос от ЦП и выдать требуемые данные в магистраль, а также принять из магистрали данные, предоставленные процессором.

Обмен информацией с комплексом осуществляется через оконечные модули МД, МО. В модуле MB формируется интегральный сигнал Исправность (с учетом исправности источника питания МН) как результат выполнения теста встроенного контроля.

Общие сведения о работе модулей

Модуль MB - основной модуль-вычислитель индикационного оборудования. Он предназначен для общей синхронизации работы индикатора в соответствии с рабочей индикационной программой или при выполнении тестов встроенного контроля. Модуль MB содержит в перепрограммируемом ПЗУ рабочую индикационную программу взаимодействия индикатора с комплексом БРЭО и программу тестов встроенного контроля.

Модули МД предназначены для приема, преобразования и выдачи по межмодульному параллельному интерфейсу информации, поступающей по последовательным входным/выходным каналам связи. Модули МД необходимы для организации приёма и передачи сигналов в виде последовательного кода и разовых команд по ГОСТ 1897779. Как правило, число каналов ввода/вывода достаточно велико, и для их "наращивания" используются однотипные универсальные модули, адресное пространство которых на шине обмена разделено ключами - битовыми сигналами, участвующими в формировании их адресного пространства.

Модули мультиплексного обмена МО предназначены для организации интерфейсов по ГОСТ 26765.52-87 и обеспечивают реализацию функций контроллера мультиплексного канала и оконечного устройства канала, а также приема и выдачи разовых команд (PK) по ГОСТ 18977-79.

Модуль графический МГ предназначен для приема (в том числе цифровых сигналов интерфейса метеолокатора по ARINC 708, аналоговых RGB-сигналов ГОСТ 784592), преобразования и выдачи (в том числе на бортовую систему видеорегистрации аналоговых RGB-сигналов ГОСТ 7845-92) на экран графического изображения, вид, объем и параметры которого определяются протоколами взаимодействия системы и рабочим программным обеспечением, размещенным в модуле MB.

Модуль вторичных напряжений питания МН предназначен для преобразования первичного бортового напряжения питания +27В с качеством по ГОСТ 19705-89 во вторичные напряжения питания, номенклатура которых определяется применяемыми модулями и особенностью их схем питания и начального пуска.

Модуль управления МУ представляет собой кнопочное табло, размещенное, как правило, по периметру конструктива индикатора, осуществляющее преобразование механического нажатия кнопок в электрические сигналы.

Устройство коммутации УК осуществляет функции коммутации электрических сигналов и организации межмодульного параллельного интерфейса. Межмодульный интерфейс, как уже уточнялось, необходим для организации информационного обмена между модулями МВ, МД, МО, МГ.

Экран представляет собой современное средство отображения информации и в индикаторе МФЦИ выполнен в виде плоской жидкокристаллической панели.

Организация интерфейсного и внутриблочного взаимодействия в устройствах индикации на жидкокристаллических панелях

В основу построения изделий бортовой индикации заложены принципы модульности и магистральности. Составляющие модули являются функционально-законченными устройствами, что позволяет реализовать информационный обмен между ними через коммутационное устройство по единой магистрали межмодульного параллельного интерфейса.

Обмен информацией МФЦИ с внешними потребителями и комплексом БРЭО производится через интерфейсные каналы устройства ввода-вывода, где цифровая информация в виде последовательных цифровых кодов, аналоговых сигналов и битовая информация в виде отдельных разовых сигналов и команд поступает на специализированные входные/выходные цепи аппаратуры комплекса БРЭО.

Индикационное бортовое оборудование МФЦИ представляет собой совокупность аппаратно-программных средств, обеспечивающих комплексный обмен информацией.

В состав аппаратной части интерфейса аппаратуры МФЦИ входят:

• линии связи, кабели, фидеры;

• входные и выходные каскады оконечных модулей, включая элементы, формирующие необходимые временные протоколы взаимодействия и диаграммы;

• усилители, шинные формирователи и буферные элементы, обеспечивающие требуемую нагрузочную способность.

Программная часть интерфейса МФЦИ представляет собой набор рабочих индикационных программ и тестового программного обеспечения, в соответствии с которыми происходит желаемый обмен информацией.

В качестве межмодульного внутриблочного интерфейса, как правило, используется интерфейс магистральный параллельный (МПИ) по ГОСТ 26765.51-86 с мультиплексированной во времени 16-ти разрядной шиной адрес/данные и с расширенным до 18 разрядов адресом.

МФЦИ как программно-управляемое изделие

Программно-управляемыми средствами являются изделия, содержащие программируемые микросхемы памяти. Возможности функционального применения и назначения программно-управляемых изделий определяются занесенным в них ПО. Программно-управляемые средства бортового радиоэлектронного оборудования подразделяются на:

• целевые, предназначенные для выполнения заданных в техническом задании показателей качества;

• инструментальные, предназначенные для автоматизации процесса разработки, отладки, сопровождения и испытаний программно-управляемых средств и их ПО в процессе жизненного цикла продукции;

В качестве инструментальных программно-управляемых средств могут использоваться: стенды отладки и испытаний комплексов (систем), контрольно-технологическая аппаратура, контрольно-технологические установки, рабочие места программистов. На рис. 3 показано взаимное вхождение (иерархию) терминов программно-управляемых средств. Состав программного обеспечения МФЦИ представлен на рис.4.

Рис. 3. Взаимное вхождение терминов программно-управляемых средств.

| | - ПО МФЦИ, рекомендуемое к сохранению для одних типов вычислителей

Рис. 4. Состав программного обеспечения блоков МФЦИ.

Требования к программному обеспечению

Требования к целевому программному обеспечению. Программные комплексы (компоненты) целевого ПО должны быть построены по модульному принципу с выделением логических функций отдельных модулей в виде алгоритмов частных задач. С целью идентификации параметров ПО на всех этапах жизненного цикла программно-управляемых изделий при разработке и документировании целевого ПО (программных комплексов и компонентов, входящих в его состав) требуется сохранять следующие условия:

• идентификацию загружаемых в изделие программ по контрольной сумме;

• идентификацию загружаемых в изделие программ по обозначению;

• идентификацию загружаемых в изделие программ по изменениям.

Состав, назначение и требования к целевому ПО приведены в табл.1.

Вид ПО Назначение Требования

программные компоненты функционального ПО Реализация заданных алгоритмов в блоке в соответствии с их целевым назначением Должны удовлетворять требованиям по быстродействию, объемам памяти, точности вычисления, составу решаемых задач, надежности, модифицируемости

программные компоненты операционной системы Организация вычислительного процесса в программно-управляемом изделии при его функционировании в составе комплекса / системы Должны обеспечивать: - возможность использования частных программных алгоритмов в различных режимах; - возможность подключения любого программного алгоритма в общую схему вычислительного процесса при доработке по результатам испытаний и в процессе модернизации комплекса

программные компоненты драйверов Обеспечение аппаратной независимости в работе программ Должны обеспечиваться унификация способа обращения к аппаратным ресурсам

программные компоненты контроля Обеспечение контроля исправности технического состояния изделия Должны удовлетворять требованиям ТЗ по надежности

программные компоненты тестов встроенного контроля Обеспечение контроля технического состояния блока при его эксплуатации Должны удовлетворять требованиям ТЗ по надежности

программные компоненты тестов начального включения Обеспечение контроля технического состояния блока при его изготовлении Должны удовлетворять требованиям ТЗ по надежности

программные компоненты программ обеспечения Обеспечение контроля технического состояния блока при его производстве на заводе-изготовителе Должны удовлетворять требованиям ТЗ по надежности

Таблица 1 Состав, назначение и требования к целевому ПО МФЦИ

Состав, назначение и требования к общему ПО приведены в табл.2.

Вид ПО Назначение Требования

программные компоненты технологического ПО (целевое) Обеспечение автоматизации разработки, отладки и сопровождения целевого ПО, заносимого в целевое изделие в процессе жизненного цикла продукции Должны обеспечивать проектирование и сопровождение целевого ПО, заносимого в целевое изделие, с заданными показателями качества

программные компоненты технологического ПО (инструментальное) Обеспечение автоматизации разработки, отладки и сопровождения целевого ПО, заносимого в инструментальное изделие в процессе жизненного цикла продукции Должны обеспечивать проектирование и сопровождение целевого ПО, заносимого в инструментальное изделие, с заданными показателями качества

Таблица 2 Состав, назначение и требования к общему ПО блока

Заключение

Конструирование бортового радиоэлектронного оборудования современного пилотируемого летательного аппарата уже невозможно представить себе без применения средств индикации - авиационных приборов, обеспечивающих визуализацию символьной, растровой (или графической) информации в удобном для человеческого восприятия виде. Индикационное оборудование на борту летательного аппарата осуществляет отображение на экране рабочих кадров, содержащих исчерпывающую для пилотирования информацию в соответствии с рабочей индикационной программой и на основе данных, поступающих от ботовых датчиков и электронных блоков БРЭО.

Литература

1. Ефанов В.Н. Стеклянная кабина экипажа: тенденции и перспективы // Мир авиони-ки.. 2001. №1. С.20-26.

2. Жаринов И. О., Емец Р. Б. Индикационное оборудование в авиации ХХ1-ого века. // Научно-технический вестник СПбГУИТМО. Вып. 11. Актуальные проблемы анализа и синтеза сложных технических систем. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2003. С.193-195.

3. СТП 075 48014.00.165-03. Программно-управляемые средства. Требования к программному обеспечению и его документированию. Стандарт предприятия ФГУП СПб ОКБ "Электроавтоматика", 2003.

4. Третьяков Д.А. Системы кабинной индикации - мода или необходимость // Мир авионики.. 2001. №1. С.27-29.