;docx

XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 7: Информатика и управление в технических системах
КЛАССИФИКАЦИЯ И СТРУКТУРА КОНСТРУКТИВНОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ БОРТОВЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ИНТЕГРИРОВАННОЙ МОДУЛЬНОЙ АВИОНИКИ
Книга Е.В., Жаринов И.О.
Научный руководитель: Жаринов И.О., д.т.н., доцент
ФГУП «Санкт-Петербургское Опытно-конструкторское бюро «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова»,
198095, Россия, Санкт-Петербург, ул. Маршала Говорова, д.40
E-mail: [email protected]
(ОЗУ), постоянное запоминающее устройство
(ПЗУ); УМИ, содержащего коммутатор, ОЗУ и
ПЗУ; УПМ и ИУЭП.
МВВ предназначен для реализации функций
согласования между разнородными бортовыми
интерфейсами (последовательные каналы связи
(ПК), мультиплексные каналы информационного
обмена (МКИО), аналоговые сигналы, разовые
команды (РК) и пр.) с целью организации информационного взаимодействия абонентов на борту
летательного аппарата (ЛА) друг с другом.
Функциональная схема МВВ приведена на
рис.2. МВВ строится на основе внутренней структуры МВ с добавлением УСМ и подключением
двух плат-мезонинов для поддержки в БЦВС необходимых бортовых интерфейсов.
Введение
Бортовые цифровые вычислительные системы
(БЦВС) структуры интегрированной модульной
авионики (ИМА) представляют собой многопроцессорные многомодульные вычислительные системы, выполненные в едином конструктиве с
использованием унифицированных конструктивно-функциональных модулей (КФМ) [1, 2]. Номенклатура КФМ представлена шестью функциональными элементами, классифицируемым в соответствии с назначением на: модуль вычислительный (МВ), модуль графический (МГ), модуль
ввода-вывода (МВВ), модуль массовой памяти
(МПП) и модуль коммутатор (МК), модуль
напряжений (МН).
Внутренняя структура каждого модуля строится на основе базовой структуры вычислительного
модуля [3], которая включает: узел поддержки
модуля (УПМ), интеллектуальный узел электропитания (ИУЭП), узел функций модуля (УФМ),
узел связи по межмодульному интерфейсу (УМИ).
В зависимости от назначения КФМ в его внутренней структуре присутствуют дополнительные
функциональные элементы: узел связи с внешними интерфейсами (УВИ), узел связи с платамимезонинами (УСМ) и схемы расширения УФМ.
Мезонин 1
Мезонин 2
Контроллер
интерфейсов
ПК
РК
МКИО
Контроллер
интерфейсов
ПК
РК
МКИО
УСМ
Контроллер
для связи с
мезонинами
УПМ
ИУЭП
12В -> 5В
12В -> 2.5В
12В -> 3.3В
Микроконтроллер
Функциональные схемы КФМ
МВ предназначен для реализации общих и
специальных алгоритмов управления движением
летательного аппарата, для выполнения математических расчетов в реальном масштабе времени,
для диагностики бортового оборудования и т.д.
УФМ
ОЗУ
УМИ
ОЗУ
Коммутатор
CPU
ПЗУ
ПЗУ
SpaceWire
РК
SpaceWire
Физический интерфейс модуля
ИУЭП
УПМ
УФМ
ОЗУ
Рис.2. Функциональная схема МВВ.
12В -> 5В
12В -> 2.5В
12В -> 3.3В
Микроконтроллер
УМИ
МГ предназначен для приема информации от
бортовых источников видеоизображения (в том
числе, телевизионной и радиолокационной информации), для обработки и формирования графической информации, для вывода видеоизображения на средства индикации информационноуправляющего поля кабины пилота ЛА.
Функциональная схема МГ приведена на рис.3.
МГ строится на основе внутренней структуры МВ
с добавлением в УФМ специализированного графического контроллера с дополнительным ОЗУ.
МПП предназначен для хранения в своем ПЗУ
баз данных функционального программного обеспечения; баз данных экспертно-советующих си-
ОЗУ
Коммутатор
CPU
ПЗУ
ПЗУ
SpaceWire
SpaceWire
РК
Физический интерфейс модуля
Рис.1. Функциональная схема МВ.
Функциональная схема МВ приведена на рис.1.
МВ состоит из УФМ, содержащего процессор
(CPU), оперативное запоминающее устройство
189
XХ Международная научно-практическая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
Секция 7: Информатика и управление в технических системах
стем; для обработки запросов, поступающих от
вычислительных модулей, графических модулей и
модулей ввода-вывода на исполнение специальных приложений программного обеспечения и для
поддержки функции реконфигурации БЦВС при
возникновении отказов КФМ.
УПМ
УФМ
Передатчик
FC-AE-ASM
Микроконтроллер
ИУЭП
12В -> 5В
12В -> 2.5В
12В -> 3.3В
Контроллер
интерфейсов
УПМ
Микроконтроллер
УМИ
Приемник
FC-AE-ASM
УФМ
ОЗУ
1 банк
Графический
контроллер
ОЗУ
2 банк
ПЗУ
ИУЭП
12В -> 5В
12В -> 2.5В
12В -> 3.3В
РК
УМИ
ОЗУ
ПЗУ
SpaceWire
Физический интерфейс модуля
Рис.3. Функциональная схема МГ.
Функциональная схема МПП приведена на
рис.4. МПП строится на основе внутренней структуры МВ с добавлением УСМ и плат-мезонинов
для расширения объема постоянной памяти.
Заключение
В результате проектирования представлены
функциональные схемы КФМ для реконфигурируемой БЦВС класса ИМА (стандарты ARINC651—ARINC-655). Показано, что различные по
назначению КФМ могут быть построены на основе внутренней структуры базового модуля путем
добавления новых специализированных узлов и
расширения узла функций модуля.
Список литературы
1. Гатчин Ю.А., Жаринов И.О. Основы проектирования вычислительных систем интегрированной модульной авионики: монография, М.: Машиностроение, 2010, 224 с.
2. Парамонов П.П., Жаринов И.О. Интегрированные бортовые вычислительные системы: обзор
современного состояния и анализ перспектив развития в авиационном приборостроении // Научнотехнический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, № 2 (84), с.1–17.
3. Книга Е.В., Жаринов И.О. Организация
внутренней структуры модулей перспективных
бортовых цифровых вычислительных систем авионики // Сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов научно-педагогической школы
кафедры ПБКС «Информационная безопасность,
проектирование и техно-логия элементов и узлов
компьютерных систем» / Под ред. Ю.А. Гатчина,
СПб: НИУ ИТМО, 2013, ч.1, с.127-131.
Мезонин 2
ПЗУ
ПЗУ
УСМ
Контроллер
связи с
мезонинами
УПМ
ИУЭП
12В -> 5В
12В -> 2.5В
12В -> 3.3В
Микроконтроллер
УФМ
ОЗУ
УМИ
ОЗУ
Коммутатор
CPU
ПЗУ
SpaceWire
SpaceWire
Принцип работы всех КФМ (кроме МПП) заключается в следующем. При подаче напряжения
электропитания КФМ осуществляет инициализацию входящих в его состав компонентов (микросхемы программируемой логики, микроконтроллеры, микропроцессоры). После инициализации
КФМ принимает из постоянной памяти МПП
функциональное программное обеспечение (ФПО)
БЦВС по внутренней локальной сети SpaceWire и
заносит его во внутреннее ОЗУ КФМ. Дальнейшая
работа КФМ определяется алгоритмом ФПО.
ПЗУ
SpaceWire
Мезонин 1
Fibre Channel
Рис.5. Функциональная схема МК.
ОЗУ
Коммутатор
CPU
ARINC-818
Fibre Channel
Физический интерфейс модуля
ОЗУ
3 банк
РК
ОЗУ
Коммутатор
ПЗУ
SpaceWire
РК
Физический интерфейс модуля
Рис.4. Функциональная схема МПП.
МК предназначен для реализации сопряжения
внутреннего интерфейса SpaceWire БЦВС с интерфейсом внешней бортовой сети ЛА.
Функциональная схема МК приведена на рис.5.
МК построен на основе внутренней структуры МВ
с изменением УФМ. УФМ содержит специализированные устройства для приема и передачи информации по оптическому интерфейсу Fibre
Channel (спецификация FC-AE-ASM) и контроллер этого интерфейса.
190