СИСТЕМА ИНДИКАЦИИ ДЛЯ ПРИЛОЖЕНИЙ АВИОНИКИ И НЕ АВИОНИКИ
SYSTEM OF INDICATION FOR APPLICATIONS OF AVIONICS AND NON-AVIONICS

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к системам индикации для полноэкранной приборной панели (Glass Cockpit) в кабине экипажа, называемым также системами CDS (Cockpit Display System).
Предшествующий уровень техники
В последнее время кабины экипажа оборудуют полноэкранной приборной панелью, в которой традиционные инструменты со стрелками уступили свое место экранам, в частности жидкокристаллическим экранам. Эти экраны позволяют отображать данные, необходимые для управления полетом, в частности, относящиеся к пилотированию, навигации, связи. Эти данные генерируются и выдаются бортовыми системами, называемыми системами авионики, и отвечают определенным требованиям целостности и доступности.
Кроме информации авионики, пилоты могут просматривать в линейном режиме некоторые данные, называемые данными «не авионики», ранее хранившиеся на бумажном носителе, такие как навигационные карты, счетные таблицы, инструкции и т.д. Эти данные не являются определяющими для управления полетом и не обусловлены вышеупомянутыми требованиями. Как правило, они выдаются прикладными программами, не обязательно разработанными специально для нужд авионики, например, прикладными программами типа «общедоступных», разработанных на Windows™, которые часто требуют наличия аппаратных ресурсов, которые системы авионики не могут предоставить или, если могут, то это связано с большими затратами.
Чтобы примирить отличающиеся друг от друга требования приложений авионики и не авионики, как известно, летательный аппарат делят на зону авионики, называемую «защищенной зоной», и на зону не авионики, называемую «общедоступной зоной». Каждая из этих зон содержит приборы информатики, такие как терминалы, серверы и т.д., соединенные с бортовой сетью. Особенностью этой сети является то, что ее подразделяют на две подсети, соответственно обслуживающие защищенную зону и незащищенную зону. Линии связи внутри одной зоны могут быть двухсторонними, тогда как линии связи между зонами обязательно являются односторонними, направленными от защищенной зоны в незащищенную зону.
Необходимо неукоснительно соблюдать строгое разделение между защищенной и незащищенной зонами по двум причинам. Прежде всего, следует предупреждать любое случайное или преднамеренное проникновение в защищенную зону, в частности, любой компьютерный взлом, который может быть осуществлен из незащищенной зоны. Далее, необходимо, чтобы приложения, обслуживающие общедоступную зону, не мешали работе приложений в зоне авионики, то есть не сказывались на детерминистском поведении этих приложений авионики.
На фиг.1 показана известная архитектура бортовой информационной системы, обеспечивающая разделение между зоной авионики (AW) и общедоступной зоной (OW).
Информационная система 100 делится на две системы: систему авионики 110 и систему не авионики 120, называемую OIS (On-board Information System), каждая из которых имеет свои собственные исполнительные платформы 111 и 121, свои собственные средства индикации 170 и 160 и свои собственные периферийные средства управления 130 и 140. Исполнительные платформы 111 и 121 включают материальные средства (процессоры, серверы и т.д.), обеспечивающие приложения авионики и не авионики. Под периферийными средствами управления следует понимать такие средства, как клавиатура, мышь, джойстик, выделенные или нет, позволяющие оператору взаимодействовать с информационной системой, с которой они связаны.
Исполнительные платформы соединены с бортовой сетью, при этом линии связи между платформами зоны AW и зоны OW обязательно являются односторонними, что показано позицией 180.
Однако архитектура, показанная на фиг.1, не может считаться вполне удовлетворительной. Действительно, она требует наличия двух разных типов экранов на приборной панели кабины экипажа, что выражается в необходимости разных разработок, относительно сложного распределения запасных частей и сложного технического обслуживания. Кроме того, этой архитектуре не хватает гибкости. Действительно, поскольку разделение между экранами зоны авионики и экранами общедоступной зоны является зафиксированным, пилот не может менять конфигурацию индикации, например, выводить информацию данного типа на экран по своему выбору или изменять число или распределение экранов каждого типа в кабине экипажа. Например, пилоту может понадобиться вывести данные авионики на центральные экраны, чтобы облегчить взаимодействие со вторым пилотом, или сгруппировать на одном экране или даже на смежных экранах данные авионики, которые он хочет сравнить.
Гибкость конфигурации индикации позволяет также, в случае необходимости, использовать более значительную площадь индикации для данных авионики или, наоборот, использовать экраны с лучшим качеством индикации (например, с большей динамикой регулирования яркости) для данных не авионики.
Наконец, дублирование периферийных средств ввода для приложений авионики и не авионики увеличивает полетный вес, а также повышает стоимость управления и обслуживания.
Поэтому первой задачей настоящего изобретения является обеспечение большей гибкости конфигурации индикации и совместного использования экранов кабины экипажа, не меняя разделения между зоной авионики и общедоступной зоной.
Второй задачей настоящего изобретения является совмещение периферийных средств управления, позволяющих оператору взаимодействовать с приложениями авионики и не авионики.
Сущность изобретения
Объектом настоящего изобретения является система индикации для полноэкранной приборной панели летательного аппарата, предназначенная для выведения потока видео на несколько просмотровых экранов указанной приборной панели, при этом указанный летательный аппарат подразделен на защищенную зону, называемую зоной авионики, и на незащищенную зону, называемую общедоступной зоной, при этом указанная система содержит, по меньшей мере, один первый порт, предназначенный для приема первых данных для индикации от системы, принадлежащей к зоне авионики и называемой системой авионики, и, по меньшей мере, второй порт, предназначенный для приема вторых данных для индикации от системы, принадлежащей к общедоступной зоне и называемой системой не авионики. Система индикации содержит:
- заранее определенные аппаратные ресурсы, выделенные для обработки вторых данных;
- процессор, принадлежащий к зоне авионики, выполненный с возможностью контроля аппаратных ресурсов, используемых для указанной обработки, и с возможностью прекращения этой обработки, если указанные используемые аппаратные ресурсы превышают указанные выделенные ресурсы.
Аппаратными ресурсами являются, например, зоны памяти или объемы памяти, время исполнения, частота кадров или продолжительность кадров или зоны индикации, по меньшей мере, на одном из указанных просмотровых экранов.
Предпочтительно система индикации может содержать буфер видео, предназначенный для сохранения, по меньшей мере, одного потока видео, поступающего от системы не авионики, при этом указанным буфером управляет указанный процессор.
Она может содержать также графическую плату для обработки графической информации, выполненную с возможностью приема графических команд от процессора для генерирования, по меньшей мере, одного потока видео, связанного с символикой, при этом указанные графические команды генерирует процессор на основании предназначенных для индикации данных системы авионики.
Наконец, она может содержать микшер видео, выполненный для комбинирования указанного, по меньшей мере, одного потока видео, связанного с символикой, и потока видео, поступающего от системы не авионики, для генерирования, по меньшей мере, одного потока видео, направляемого на один из указанных просмотровых экранов.
Объектом настоящего изобретения является также бортовая информационная система, установленная на борту летательного аппарата, разделенного на защищенную зону, называемую зоной авионики, и на незащищенную зону, называемую общедоступной зоной, при этом указанная информационная система содержит описанную выше систему индикации, систему авионики в зоне авионики и систему не авионики в общедоступной зоне. Бортовая информационная система дополнительно содержит периферийное средство управления, соединенное с системой авионики при помощи двухсторонней шины и с системой не авионики при помощи односторонней шины, направленной от периферийного средства управления к системе не авионики.
Предпочтительно бортовая информационная система дополнительно содержит концентратор видео, выполненный с возможностью приема потока видео от второй системы авионики, а также потока видео от системы не авионики для генерирования, по меньшей мере, одного потока видео в направлении указанного буфера видео.
Согласно варианту поток видео от системы не авионики передают на преобразующий интерфейс через связь Ethernet, при этом указанный конверсионный интерфейс связан с указанной системой индикации при помощи линии связи Arinc 429 и выполнен с возможностью преобразования кадров Ethernet в слова в формате Arinc 429.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания предпочтительных вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
фиг.1 - схематичный вид примера известной архитектуры бортовой информационной системы, обеспечивающей разделение между зоной авионики (AW) и общедоступной злной (OW);
фиг.2 - схематичный вид архитектуры бортовой информационной системы, использующей систему индикации для полноэкранной приборной панели, согласно общему принципу изобретения;
фиг.3 - схематичный вид архитектуры бортовой информационной системы, использующей систему индикации для полноэкранной приборной панели, согласно первому варианту выполнения изобретения;
фиг.4 - схематичный вид архитектуры бортовой информационной системы, использующей систему индикации для полноэкранной приборной панели, согласно второму варианту выполнения изобретения.
Подробное описание изобретения
Идея настоящего изобретения основана на выделении определенных аппаратных ресурсов для обработки предназначенных для индикации данных, поступающих от систем, принадлежащих к общедоступной зоне, и на управлении использованием этих ресурсов при помощи процессора, принадлежащего к зоне авионики.
В частности, на фиг.2 показана архитектура бортовой информационной системы согласно общему принципу изобретения. На этой фигуре показаны зона авионики (AW) и незащищенная зона (OW). Бортовая информационная система разделена на систему авионики 210 и на систему OIS 220, содержащие соответственно исполнительные платы 211 и 221, соединенные с бортовой сетью. Линии связи между системой авионики и системой OIS являются односторонними и направлены от зоны авионики к общедоступной зоне. В отличие от известных технических решений просмотровые экраны 251 приборной панели 250 являются общими для зоны авионики и для общедоступной зоны. Управление общими экранами осуществляет общая система индикации (CDS) 240, содержащая средства обработки 243, 242, использующие аппаратные ресурсы, выделенные для обработки данных авионики и данных не авионики. Система индикации 240 дополнительно содержит процессор 241, одной из функций которого является контроль за аппаратными ресурсами, используемыми для обработки данных не авионики. Если используемые аппаратные ресурсы превышают выделенные для нее ресурсы, процессор прекращает обработку.
Таким образом, получают гарантию того, что ни в один момент обработка данных не авионики не использует больше ресурсов, чем для нее предусмотрено, и поэтому не влияет на обработку данных авионики. За счет этого обеспечиваются целостность и доступность ресурсов зоны авионики.
После обработки средствами 242, 243 данные авионики и не авионики подвергаются демультиплексированию, затем передаются в виде потока видео на просмотровые экраны 251. Конфигурацию демультиплексирования определяет оператор при помощи периферийного средства управления 270.
Кроме того, периферийное средство управления 270 позволяет оператору осуществлять конфигурирование и управление исполнительными платами 211 и 221. Оно связано с системой OIS 220 через одностороннюю шину и может быть соединено с системой авионики 210 через двухстороннюю шину. Через двухстороннюю шину с системой OIS можно соединить второе факультативное периферийное средство управления 260.
На фиг.3 схематично показана архитектура бортовой информационной системы, использующая систему индикации согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения.
Элементы, обозначенные позициями 310, 311, 320, 321, 350, 351, 360, 370 являются идентичными соответствующим элементам, обозначенным позициями 210, 211, 220, 221, 251, 260, 270 и показанным на фиг.2, и их описание опускается.
Система индикации содержит процессор 341, буфер видео 342, графическую плату 343 и микшер видео 345. Буфер видео 342 временно сохраняет в памяти, по меньшей мере, один поток видео и, как правило, несколько n потоков видео, поступающих от системы OIS или от концентратора видео 380, описание которого следует ниже.
Через шину 315, например, шину Arinc 429 или через линию связи сети AFDX (Avionics Full Duplex) процессор 341 получает предназначенные для индикации данные (параметры авионики) и при помощи графической библиотеки генерирует команды анимации соответствующей символики. Эти команды исполняет графическая плата 343. Потоки видео, связанные с символикой, микшируются затем с потоками видео, поступающими от системы OIS, и сохраняются в буфере видео 342 для генерирования m микшированных потоков видео, направляемых на m просмотровых экранов, называемых также VDUs (Visual Display Units) 351. Предпочтительно микшированные потоки видео получают в формате DVI (Digital Visual Interface). Микширование осуществляют путем комбинирования потоков видео типа "alpha compositing", при этом выбор коэффициентов альфа для разных зон позволяет определить в каждой из зон изображение первого плана или, в целом, степень наложения друг на друга изображений, представленных каждым из этих потоков.
В факультативном варианте вторая система авионики 330 может непосредственно генерировать поток видео, связанный с символикой, без предварительной обработки процессором 341. В этом случае потоки видео, поступающие соответственно от второй системы авионики 330 и от системы OIS, обрабатываются концентратором видео для генерирования нескольких n потоков, например, в формате Arinc 818, направляемых в систему индикации 340.
Кроме функций графических команд, процессор контролирует использование аппаратных ресурсов, выделенных для обработки данных не авионики. Этими ресурсами, как правило, могут быть зоны памяти или объемы памяти, временные интервалы или время исполнения, частота кадров, диапазоны разрешения, дискретные совокупности или сплошные диапазоны параметров. Таким образом, процессор может проверять, чтобы параметры, используемые для видеосигналов, были допустимыми параметрами, чтобы соблюдались зоны памяти, чтобы для передачи вспомогательных данных не использовались интервалы обратной передачи кадра, чтобы коэффициенты, используемые при микшировании видео, были разрешенными, то есть соответствовали компоновке изображений, программируемой оператором для разных экранов.
Если процессор обнаруживает нарушение этих условий при использовании аппаратных ресурсов, иначе говоря, если ресурсы, реально используемые для обработки данных не авионики, превышают выделенные для этого ресурсы, процессор прекращает обработку. Например, процессор может прекратить считывание буфера видео 342, запись в зоне памяти, перевести коэффициент компоновки изображения на ноль.
Понятно, что таким образом обеспечиваются целостность и доступность ресурсов для обработки данных авионики.
На фиг.4 схематично показана архитектура бортовой информационной системы, использующая систему индикации согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения.
Элементы, обозначенные позициями 410, 411, 420, 421, 450, 451, 460, 470 являются идентичными соответствующим элементам, обозначенным позициями 210, 211, 220, 221, 251, 260, 270 и показанным на фиг.2, и их описание опускается.
В отличие от первого варианта выполнения разделение между данными авионики и не авионики обеспечивают до генерирования потоков видео. В частности, система авионики 410 передает предназначенные для индикации данные авионики в виде сообщений на первый входной порт 444, а система OIS передает предназначенные для индикации данные авионики в виде сообщений на второй входной порт 442 системы индикации 440. Предпочтительно данные авионики передают через линию связи 415 сети AFDX с соблюдением обычных детерминистских условий, связанных с этой сетью. Данные от системы OIS можно передавать через классическую линию связи Ethernet 425 на преобразующий интерфейс 490. Преобразующий интерфейс связан со вторым входным портом системы индикации при помощи линии связи 495 типа Arinc 429. Преобразующий интерфейс выполнен с возможностью преобразования кадров Ethernet в слова Arinc 429. Предпочтительно, сообщения, передаваемые системой авионики 410 и преобразующим интерфейсом 490, соответствуют протоколу Arinc 661.
Процессор 441 управляет входными портами 442 и 444 и при помощи графической библиотеки генерирует, с одной стороны, графические команды, связанные с символикой авионики, и, с другой стороны, графические команды, связанные с данными, не относящимися к авионике. Эти команды передаются на графическую плату 443 для генерирования потоков видео, предпочтительно в формате DVI, направляемых на m просмотровых экранов 451. Демультиплексирование m различных потоков видео в направлении m экранов конфигурирует оператор при помощи периферийного средства 470. Последнее тоже связано с системой авионики через двухстороннюю шину и с системой OIS через одностороннюю шину, как и в первом варианте выполнения.
Процессор 441 контролирует аппаратные ресурсы, используемые для обработки данных не авионики, например, соответствие сообщений протоколу Arinc 661, в частности, частоту и длину кадров, достоверность заголовков или зоны памяти. Предпочтительно память подразделена на независимые блоки, используемые либо для данных авионики, либо для данных не авионики. Если приложение не авионики переходит пределы зарезервированного(ых) для него блока или блоков или, в целом, если оно превышает пределы выделенных для него ресурсов, процессор запрещает доступ к порту 442.