CN105224360A - 一种基于两级管控的ima系统及其动态重构控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于两级管控的IMA系统，包含模块重构管理软件和系统主重构管理软件；所述模块重构管理软件用于监控所在IMA模块上各分区的健康状况，在分区出现故障时通过分区重启、在线分区加载完成分区应用的重新加载，并向系统主重构管理软件发送所在IMA模块的模块关键参数以及所在IMA模块上的各分区的分区关键参数；所述系统主重构管理软件用于接收各模块重构管理软件发送的分区关键参数和模块关键参数并存储在大容量存储模块；监控IMA系统内所有IMA模块的健康状况，当有IMA模块出现故障时进行IMA系统重构方案的决策。本发明将任务软件与物理资源相互独立，为机载维护保障提供了便捷灵活的手段。

Description

一种基于两级管控的IMA系统及其动态重构控制方法

技术领域

本发明涉及综合模块化航空电子系统管理结构和动态重构实现技术领域。

背景技术

航空电子系统的发展已经经历了分离式系统、联合式系统和先进的综合模块化航空电子系统(IMA)的发展历程。国内目前正在研制的先进作战飞机以及大型客机均采用的是先进的IMA系统。IMA系统可以认为是由一系列的灵活的、复用的、可互操作的硬件和软件资源集成的一个平台，并通过系统配置蓝印将各个功能应用驻留其中来完成航空任务的系统。IMA系统通过时间和空间分区的机制对资源进行共享。IMA系统共享的资源包括：实时操作系统、核心处理模块、存储器、输入和输出设备。其综合模块化主要体现在：在硬件资源的通用化和系统应用的配置化前提下实现任务软件与物理资源的解耦隔离。因此，其真正满足了“一代飞机、多代航电”的技术发展特征。

系统的重构(也称再配置)由通用系统管理软件根据蓝印配置，对操作系统以及应用软件进行重新配置，当执行某个应用软件资源不足时，通过系统管理软件将会通知应用层的应用管理软件，应用管理软件根据现有资源做出降级功能处理，或者取消系统执行等，完成对应用软件的功能管理。系统重构代表了系统的动态转换过程，可由有效的模式转换请求、故障、地勤人员维护和测试行为，以及初始化关闭等涉及应用程序加载的特定情况引起。

发明内容

为实现航空电子系统应用软件与物理资源的隔离，便于软件升级和硬件更改，本发明在发明目的在于提供一种基于两级管控的IMA系统，实现模块故障的分区级动态重构，提高资源使用效率和IMA架构的灵活性。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于两级管控的IMA系统，包含大容量存储模块、网络交换机和一个以上的IMA模块，还包含驻留在各个IMA模块中的模块重构管理软件和驻留在其中一个IMA模块中的系统主重构管理软件；

所述模块重构管理软件用于监控所在IMA模块上各分区的健康状况，在分区出现故障时通过分区重启、在线分区加载完成分区应用的重新加载，并向系统主重构管理软件发送所在IMA模块的模块关键参数以及所在IMA模块上的各分区的分区关键参数；

所述系统主重构管理软件用于接收各模块重构管理软件发送的分区关键参数和模块关键参数并存储在大容量存储模块；监控IMA系统内所有IMA模块的健康状况，当有IMA模块出现故障时进行IMA系统重构方案的决策。

进一步，所述模块重构管理软件还用于通过虚分区代理的方式实现所在IMA模块的分区应用与外界的通信。

进一步，所述的IMA系统还包含与系统主重构管理软件不在同一个IMA模块上的系统从重构管理软件，所述系统从重构管理软件的功能与系统主重构管理软件相同，当系统主重构管理软件功能失效时由系统从重构管理软件接管。

本发明还提供了上述IMA系统的动态重构控制方法，包含发生分区故障时进行重构的方法，通过以下步骤实现：

步骤1-1)、各分区上的分区应用发送分区关键参数给模块重构管理软件；

步骤1-2)、模块重构管理软件完成对各分区应用的分区关键参数采集并整理转发给系统主重构管理软件；

步骤1-4)、系统主重构管理软件把全IMA系统的分区关键参数信息发送给大容量存储模块用于存储；

步骤1-5)、模块重构管理软件检测到分区故障后向系统主重构管理软件发送重构指令；

步骤1-6)、系统主重构管理软件进行全IMA系统状态管理并向大容量存储模块记录故障信息；

步骤1-7)、模块重构管理软件通过分区重启、在线分区加载完成分区应用的加载；

步骤1-8)、模块重构管理软件向被重构分区应用发送分区关键参数信息；

步骤1-9)被重构分区应用完成初始化并向模块重构管理软件发送初始化成功指令；

步骤1-10)被重构分区应用向模块重构管理软件周期性发送分区关键参数信息。

进一步，还包含发生IMA模块故障时进行重构的方法，通过以下步骤实现：

步骤2-1)、故障IMA模块的模块重构管理软件和常规IMA模块的模块重构管理软件分别将模块关键参数发送给系统主重构管理软件；

步骤2-2)、系统主重构管理软件进行全IMA系统的故障检测和重构决策；

步骤2-3)、系统主重构管理软件向故障IMA模块的模块重构管理软件和交换机发送重构启动指令；

步骤2-4)、模块重构管理软件在线加载分区应用；

步骤2-5)、模块重构管理软件向分区应用发送分区关键参数信息；

步骤2-6)、分区应用向模块重构管理软件发送创建成功及初始化成功指令；

步骤2-7)、模块重构管理软件向系统主重构管理软件发送重构完成指令；

步骤2-8)、模块重构管理软件向系统主重构管理软件周期性发送模块关键参数；

步骤2-9)、系统主重构管理软件进入正常管理状态。

进一步，还包含初始化上电方法，通过以下步骤实现：

步骤3-1)、模块重构管理软件、系统主重构管理软件、大容量存储模块、交换机完成上电初始化；

步骤3-2)、模块重构管理软件、大容量存储模块、交换机向系统主重构管理软件发送上电初始化完成指令；

步骤3-3)、系统主重构管理软件管理初始状态的分区应用加载，通知大容量存储模块向相关的模块重构管理软件传送应用映像；

步骤3-4)、模块重构管理软件完成应用映像加载；

步骤3-5)、分区应用启动成功并向模块重构管理软件发送启动成功指令；

步骤3-6)、模块重构管理软件切换调度表使得IMA模块用于运行不同的分区应用；

步骤3-7)、分区应用发送分区关键数据给模块重构管理软件，模块重构管理软件将各个分区应用的分区关键数据采集整理后发送给系统主重构管理软件；

步骤3-8)、系统主重构管理软件将分区关键数据发送给大容量存储模块。

本发明的效果为：任务软件(系统主重构管理软件、系统主重构管理软件和模块重构管理软件)与物理资源(IMA模块)相互独立，为机载维护保障提供了便捷灵活的手段。任务软件可以充分挖掘物理资源的潜力，不断完善更新软件自身功能，实现面向用户应用需求的软件更新和升级；同时，物理资源可以根据技术发展的要求，完成自身的升级改造，而不受应用软件的制约。具备动态重构的IMA系统，能够提供更好的可用性，保证在模块故障条件，通过再配置重构管理，实现资源的共享复用。

附图说明

图1为实施例中应用软件APP交联关系图；

图2为实施例中IMA系统的结构示意图；

图3为系统主重构管理软件和模块重构管理软件的功能示意图；

图4为IMA系统上电初始化时序图；

图5为分区故障两级管理时序图；

图6为模块故障两级管理时序图

图7为系统主重构管理软件和系统从重构管理软件冗余切换时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

本发明假设在IMA系统中运行A、B、C、D四个应用程序APP，其交联关系如图1所示。同时，4个应用程序APP部署在4个IMA模块中，IMA模块是指物理资源，如图2所示，并且还配置1个大容量存储模块(MMM)和网络交换机(SWM)；另外，系统主重构管理软件(SYSRCM)、系统从重构管理软件(SysRCS)和模块重构管理软件(CpuRC)分别部署在如图2所示模块中。

本实例中将动态重构功能分解为系统重构管理和模块重构管理两大功能，系统重构管理由系统主重构管理软件(SYSRCM)、系统从重构管理软件(SysRCS)实现，模块重构管理由模块重构管理软件(CpuRC)实现，并且模块重构管理受系统重构管理的管控，因此形成动态重构的两级管控机制。

所述模块重构管理软件用于监控所在IMA模块上各分区的健康状况，在分区出现故障时通过分区重启、在线分区加载完成分区应用的重新加载，并向系统主重构管理软件发送所在IMA模块的模块关键参数以及所在IMA模块上的各分区的分区关键参数。

所述系统主重构管理软件用于接收各模块重构管理软件发送的分区关键参数和模块关键参数并存储在大容量存储模块；监控IMA系统内所有IMA模块的健康状况，当有IMA模块出现故障时进行IMA系统重构方案的决策。

系统重构管理和模块重构管理的功能分解如图3所示。

模块重构管理软件负责所在IMA模块的重构管理，功能包括：

●通过虚分区代理的方式实现本模块的应用与外界的通信；

●以在线分区加载方式灵活配置模块上驻留的应用；

●向系统重构管理发送模块的健康状况；

●监控本模块上所有分区应用的健康状况；

●收集分区应用运行时的关键数据。

系统重构管理负责整个IMA系统的重构管理，功能包括：

●SYSRCM功能失效时由SysRCS接管；

●系统重构方案的决策；

●系统重构日志的记录与存储；

●全系统关键数据的采集和纷发；

●监控系统内所有IMA模块的健康状况。

IMA动态重构主要针对分区故障和模块开展IMA系统再配置的过程，基于以上的功能分解和设计，针对此两级管控机制，分别从分区故障和模块故障两种情况设计如图5和图6所示的动态重构时序控制逻辑关系；同时对两级管控机制在上电初始化的控制逻辑关系(图4所示)和系统重构管理(SysRC)的主从切换关系(图7所示)进行了介绍。

如图4所示，该时序图描述了为完成上电初始化，IMA系统的操作步骤及各功能模块之间的交互信息。

1.CPURC、SYSRCM、MMM、网络交换机完成上电初始化；

2.CPURC、MMM、交换机向SYSRCM发送上电初始化完成指令；

3.SYSRCM管理初始状态的APP(A\B\C\D)加载，通知MMM向相关的CPURC传送应用映像；

4.CPURC完成应用映像加载；

5.应用软件启动成功并向CPURC发送启动成功指令；

6.CPURC切换调度表使得IMA模块可以运行不同的分区应用；

7.分区应用(A\B\C\D)发送分区关键参数给CPURC，CPURC将各个分区应用的关键参数采集整理后发送给SYSRCM；

8.SYSRCM将分区关键参数发送给大容量存储模块。

如图5所示，该时序图描述了IMA系统发生分区故障时，各功能模块的操作步骤及数据交互信息。

1.应用软件(A/B/C/D)发送分区关键参数给CPURC；

2.CPURC完成对应用分区的关键参数采集并整理转发给SYSRCM；

3.SYSRCM把全系统的关键参数信息发送给大容量存储模块用于存储；

4.CPURC检测到故障后向SYSRCM发送重构指令；

5.SYSRCM进行全系统状态管理并向大容量存储模块记录故障信息；

6.CPURC通过分区重启、在线分区加载等完成分区应用的加载；

7.CPURC向被重构分区应用发送分区关键参数信息；

8.被重构分区应用完成初始化并向CPURC发送初始化成功指令；

9.被重构分区应用向CPURC周期性发送分区关键参数信息。

如图6所示，该时序图描述了IMA平台发生模块级故障时，各功能模块的操作步骤和它们之间的数据交互。

1.重构模块(即故障模块)的CPURC和常规模块的CPURC分别将模块关键参数发送给SysRC；

2.SysRC进行全系统的故障检测和重构决策；

3.SysRC向重构模块的CPURC和网络交换机发送重构启动指令；

4.CPURC在线加载分区应用；

5.CPURC向分区应用发送关键参数信息；

6.分区应用向CPURC发送创建成功及初始化成功指令；

7.CPURC向SysRC发送重构完成指令；

8.CPURC向SysRC周期性发送模块关键参数；

9.SysRC进入正常管理状态。

如图7所示，该时序图描述了系统主重构管理和系统从重构管理实现交接时的步骤和信息交互。CPURC分别向SYSRCM和SysRCS发送模块关键参数和分区关键参数。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于两级管控的IMA系统，包含大容量存储模块、网络交换机和一个以上的IMA模块，其特征在于还包含驻留在各个IMA模块中的模块重构管理软件和驻留在其中一个IMA模块中的系统主重构管理软件；

所述模块重构管理软件用于监控所在IMA模块上各分区的健康状况，在分区出现故障时通过分区重启、在线分区加载完成分区应用的重新加载，并向系统主重构管理软件发送所在IMA模块的模块关键参数以及所在IMA模块上的各分区的分区关键参数；

所述系统主重构管理软件用于接收各模块重构管理软件发送的分区关键参数和模块关键参数并存储在大容量存储模块；监控IMA系统内所有IMA模块的健康状况，当有IMA模块出现故障时进行IMA系统重构方案的决策。

2.根据权利要求1所述的IMA系统，其特征在于所述模块重构管理软件还用于通过虚分区代理的方式实现所在IMA模块的分区应用与外界的通信。

3.根据权利要求1所述的IMA系统，其特征在于还包含与系统主重构管理软件不在同一个IMA模块上的系统从重构管理软件，所述系统从重构管理软件的功能与系统主重构管理软件相同，当系统主重构管理软件功能失效时由系统从重构管理软件接管。

4.根据权利要求1至3任一所述的IMA系统的动态重构控制方法，包含发生分区故障时进行重构的方法，通过以下步骤实现：

步骤1-1)、各分区上的分区应用发送分区关键参数给模块重构管理软件；

步骤1-2)、模块重构管理软件完成对各分区应用的分区关键参数采集并整理转发给系统主重构管理软件；

步骤1-4)、系统主重构管理软件把全IMA系统的分区关键参数信息发送给大容量存储模块用于存储；

步骤1-5)、模块重构管理软件检测到分区故障后向系统主重构管理软件发送重构指令；

步骤1-6)、系统主重构管理软件进行全IMA系统状态管理并向大容量存储模块记录故障信息；

步骤1-7)、模块重构管理软件通过分区重启、在线分区加载完成分区应用的加载；

步骤1-8)、模块重构管理软件向被重构分区应用发送分区关键参数信息；

步骤1-9)被重构分区应用完成初始化并向模块重构管理软件发送初始化成功指令；

步骤1-10)被重构分区应用向模块重构管理软件周期性发送分区关键参数信息。

5.根据权利要求4所述的动态重构控制方法，其特征在于还包含发生IMA模块故障时进行重构的方法，通过以下步骤实现：

步骤2-1)、故障IMA模块的模块重构管理软件和常规IMA模块的模块重构管理软件分别将模块关键参数发送给系统主重构管理软件；

步骤2-2)、系统主重构管理软件进行全IMA系统的故障检测和重构决策；

步骤2-3)、系统主重构管理软件向故障IMA模块的模块重构管理软件和交换机发送重构启动指令；

步骤2-4)、模块重构管理软件在线加载分区应用；

步骤2-5)、模块重构管理软件向分区应用发送分区关键参数信息；

步骤2-6)、分区应用向模块重构管理软件发送创建成功及初始化成功指令；

步骤2-7)、模块重构管理软件向系统主重构管理软件发送重构完成指令；

步骤2-8)、模块重构管理软件向系统主重构管理软件周期性发送模块关键参数；

步骤2-9)、系统主重构管理软件进入正常管理状态。

6.根据权利要求4所述的动态重构控制方法，其特征在于还包含初始化上电方法，通过以下步骤实现：

步骤3-1)、模块重构管理软件、系统主重构管理软件、大容量存储模块、交换机完成上电初始化；

步骤3-2)、模块重构管理软件、大容量存储模块、交换机向系统主重构管理软件发送上电初始化完成指令；

步骤3-3)、系统主重构管理软件管理初始状态的分区应用加载，通知大容量存储模块向相关的模块重构管理软件传送应用映像；

步骤3-4)、模块重构管理软件完成应用映像加载；

步骤3-5)、分区应用启动成功并向模块重构管理软件发送启动成功指令；

步骤3-6)、模块重构管理软件切换调度表使得IMA模块用于运行不同的分区应用；

步骤3-7)、分区应用发送分区关键数据给模块重构管理软件，模块重构管理软件将各个分区应用的分区关键数据采集整理后发送给系统主重构管理软件；

步骤3-8)、系统主重构管理软件将分区关键数据发送给大容量存储模块。