CN107526658B - 在包括多个电子计算机的航空电子系统中保证公共信号接收的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及在包括多个电子计算机的航空电子系统中保证公共信号接收的方法。其总体领域为在航空电子系统中保证数字信号的接收并且对数字信号进行处理的方法，航空电子系统包括多个计算机，每个计算机包括处理电子装置和软件层，其在接收事件后执行以下步骤：在第一时刻，发送接收事件的第一信号ACK至其它计算机的每一个；在称为“超时ACK”的第二时刻，如果电子计算机未接收到从其它计算机的一个发出的第一信号的一个，则发送第二故障信号至其它计算机的每一个；在称为“超时保证”的第三时刻，如果计算机已经接收到第二故障信号，则计算机不考虑事件，如果计算机未接收到故障信号，则由计算机的数据处理电子装置来考虑事件。

Description

在包括多个电子计算机的航空电子系统中保证公共信号接收 的方法
技术领域
本发明的技术领域在于软件密集型航空电子系统的电子和数字架构。
背景技术
在图1中示出了这样的架构。其至少包括作为必要的人机控制界面的电子装置IHMC以及多个电子计算机C。所述装置通过称为“现场总线”的第一数据总线FB而联接至多个计算机。在下文中，由所述装置发送的数据被称为“事件”。一旦事件进行处理，就会通过各个电子计算机将事件分配于第二数据总线DB或“数据总线”，从而被航空电子系统的各个装置考虑在内。
各个计算机C以两种可能方式对外部事件进行反应。在第一工作模式中，每个计算机处理各种事件。计算机为独立的。在第二工作模式中，每个计算机至少处理与另一计算机公共的一个事件，从而获得同一限定功能。因此，计算机之间就有依赖关系。
在后者的情况下，系统的整体一致性要求计算机同步。同步是在时间上和功能上。同步必须在功能上，从而使处理的事件相同。同步必须在时间上，这是因为由计算机感知的事件必须以相同的顺序被实际感知以保障系统的完整性和一致性，并且因为时间感知抖动会受到系统的整体延迟的限制。
可以有多种解决方案来保证该同步。系统中的该完整性或同步性的需求通常由专用的硬件解决方案覆盖，所述专用的硬件解决方案可以为例如总线冗余和/或公共物理时钟和/或由一个或多个主系统进行的控制。在大多数的应用中，仅实施所述解决方案中的一种。例如，名称为“Architecture de traitement numériqueàhaute intégritéàmultiplesressources supervisées(“High-integrity digital processing architecture withmultiple supervised resources(具有多重监督资源的高度完整的数字处理架构)”)的专利FR 2 925 191描述了一种数字架构，其包括两个同步计算路径，所述两个同步计算路径包括监督模块，所述监督模块以可参数化的方式来支持所述路径的数据进行比较的各种模式。
在大众市场行业，标准化互联网协议“NTP”，NTP的首字母缩写表示“网络时间协议(Network Time Protocol)”可以让多个系统的时钟同步。
但是，在内在技术属性不能确保同步的系统中，解决这种同步需求仍然是不寻常的。另外，该解决方案必须解决航空行业的特定约束，也即，强决定性、低延迟和对网络的低影响。
可能的解决方案包括后验方法，其包括在发生误差时对误差进行校正。该方法的一个缺点在于，由于校正取决于误差的功能性质，因此校正必须是具体的。另一个缺点在于，难以表明处理的误差情况的完整性。最后，由于系统可能会通过几个连续的不稳定状态，所以误差情况下的延迟可能会很明显。
发明内容
根据本发明的方法不会出现这些缺点。其包括将一致且简单的软件“层”加入至所有的计算机。该软件层的必要功能是，与其它计算机交换涉及每个计算机通过现场总线所接收的物理事件的同步数据。仅在每个计算机知道所有其它计算机确实已经接收到该事件时才进行这些事件的处理。
更确切地说，本发明的主题为，在航空电子系统中保证数字信号形式的“事件”的接收并且对数字信号形式的“事件”进行处理的方法，其包括多个电子计算机，所述多个电子计算机通过数据总线而联接在一起，每个计算机包括数据处理电子装置，
其特点是，每个电子计算机包括同一个软件层，其在接收到事件时执行以下步骤：
-在第一时刻，通过所述电子计算机将证实所述事件接收的第一信号传送至其它电子计算机的每一个，一个且只有一个电子计算机发送代表所述第一时刻的时间戳；
-在称为“超时ACK”的第二时刻，如果所述电子计算机没有接收到从其它电子计算机的一个发出的第一信号的至少一个，则发送所谓的第二故障信号至证实没有接收到所述第一信号的其它电子计算机的每一个；
-在称为“超时保证”的第三时刻，如果所述电子计算机已经接收到所谓的第二故障信号，则所述电子计算机不考虑事件，并且如果所述电子计算机没有接收到故障信号，则根据由时间戳限定的时间顺序，通过所述电子计算机的数据处理电子装置来考虑事件。
有利地，当连续发送相同功能值的两个事件时，仅当前一事件被所述电子计算机的数据处理电子装置放弃或处理时，电子计算机的软件层才考虑第二事件。
有利地，以循环方式运行多个电子计算机，在物理事件的接收和电子计算机的各个处理电子装置的可能考虑之间经过的循环数量大约为五。
有利地，事件从航空电子系统的人机界面发出。
附图说明
通过阅读下文中的非限制性的描述并且通过以下附图，将会更好地理解本发明，并且其它优点将会变得明显，在所述附图中：
图1示出了航空电子系统的总体电子架构；
图2示出了实施根据本发明的保证接收的方法的计算机的架构；
图3示出了由根据本发明的软件层执行的主要步骤；
图4和图5示出了依据外部事件是否正确接收的根据本发明的软件层的实施方式。
具体实施方式
例如图1所示，在系统架构中实施根据本发明的方法。其包括人机控制界面所必须的电子装置以及多个电子计算机。例如，控制界面通常为控制键盘。航空电子系统的计算机的数量用N表示。在典型的航空电子系统中，计算机的数量N在4到8之间。多个装置通过称为“现场总线”的第一数据总线而联接至多个计算机。由所述装置发送的数据称为“事件”。例如，事件对应于用户敲击键盘的按键。
每个电子计算机包括数据接收电子装置。一旦事件被处理，事件就会由各个电子计算机分配于第二数据总线或“数据总线”，从而被航空电子系统的各个装置考虑在内。
在根据本发明的方法中，如图2中所示，每个计算机C包括称为AIM的软件层或装置，AIM的首字母缩写表示“异步性&完整性管理器(Asynchronism&Integrity Manager)”，AIM设置于处理电子装置EdT的上游，并且其用于保证各个事件在被处理之前完全接收。每当接收到新的事件时，每个AIM软件层就与其它计算机的其它AIM软件层进行对话，根据该对话，将事件传输至电子计算机C的处理电子装置EdT，或其它方面。
每次电子计算机接收到事件，其AIM软件层就执行如图3所示的以下步骤。在该图中，由闪电表示物理事件。
在第一时刻，通过所述电子计算机将证实接收到事件的称为“ACK”的第一信号由AIM装置发送至每个其它电子计算机。一个且仅一个电子计算机用作“时间戳”或逻辑时钟。该时间戳计算机发送表示所述第一时刻的时间戳。需要该时间戳来保证以唯一的顺序来发送保证事件。随后，在保证的同步事件期间，物理事件根据该顺序而被记录。该计算机的选择是任意的。时间戳与信号ACK同时发送。
因此，如果一切都运行适当，则N个计算机全部发送来自其它计算机的信号ACK，并且因此每个计算机接收N-1个信号ACK。
在称为“超时ACK”的第二时刻，如果电子计算机没有接收到从其它电子计算机的一个发出的第一信号ACK的至少一个，则其发送所谓的第二故障信号或“FAIL”至证实没有接收到所述第一信号的其它电子计算机的每一个。采用信号ACK可以到达各个计算机的方式来计算第二时刻。
在称为“超时保证”的第三时刻，如果电子计算机已经接收到第二故障信号，则电子计算机在整体上不考虑事件，因此不由各个电子计算机进行处理。相反地，如果电子计算机组没有接收到故障信号，则电子计算机的各个数据处理电子装置会考虑事件。换言之，单个联接的故障会导致不考虑事件。因此，得到了高度安全的系统。
图4和图5示出了在包括三个电子计算机的系统的简单情况下的方法的各个步骤。每个计算机都包括AIM装置。其由AIM1、AIM2和AIM3表示。
在图4的情况下，一切都很好地运行。一旦接收到事件，则三个装置AIM1、AIM2和AIM3发送它们各自的信号ACK至其它两个装置。因此，装置AIM1发送至AIM2和AIM3。在时刻“超时ACK”，三个装置因此接收到另外两个装置的事件的确认。因此，其不发送任何故障信号“FAIL”。在称为“超时保证”的时刻，三个计算机因此确认其它两个计算机也已经接收到该事件。该事件以由时间戳限定的时间顺序被传送至三个计算机的处理电子装置。
在图5的情况下，一旦接收到事件，则三个装置AIM1、AIM2和AIM3发送它们各自的信号ACK至其它两个装置。但是，如图5所示，由装置AIM2发送的信号ACK的发送没有到达装置AIM3。该缺陷由图5中的爆炸表示。在时刻“超时ACK”，装置AIM3没有从装置AIM2接收到任何信号。因此，AIM3发送故障信号“FAIL”至AIM1和AIM2。在称为“超时保证”的时刻，三个计算机因此接收到故障信号。没有事件被传送至三个计算机的任一个处理电子装置。该传输缺失由图5中的“禁止进入”符号来表示。因此，不存在故障的风险。一旦有问题，则计算机组不再考虑事件。
当问题仍然存在时，也就是说，当不考虑几个连续的事件时，航空电子系统会先警告可以重启整个系统或关闭故障电子计算机的飞行员。
电子计算机以循环方式工作。根据本发明的方法的实现需要在物理事件的接收和电子计算机的各种处理电子装置的可能考虑之间的大约五个周期，这很小并且仅稍微延迟处理电子装置对事件的考虑。确保事件所花费时间的数量级大概是几十毫秒。
当连续发送相同功能值的两个事件时，仅当前一事件被所述电子计算机的数据处理电子装置放弃或处理时，电子计算机的AIM软件层才考虑第二事件。在相反的情况下，事件被忽略。不需要人机控制界面对事件的时间戳。再一次，这意味着需要等待大约五个周期，以便系统考虑第二个事件。
根据本发明的事件仅需要基本操作，并且易于实施。例如，其需要大约500行的C语言代码。
对于在其行为由共同事件限定的同一个系统内分布的计算机，在系统的一致性的意义上，根据本发明的解决方案解决了同步性和完整性的问题。
根据本发明的方法可以提供不依赖于行为(严格而言，系统的行为)的解决方案。由于其仅应用至事件的预期属性而不应用至它们的功能限定，所以其应用了所谓的“关注分离”的原理。
这表现出两个主要优点：
-简单：解决方案为技术性的并且非功能性的。
-寿命长：解决方案不依赖于产品。
另外，技术方案的性质具有内在的品质：
-其完全对称：没有装置与其它装置不同。逻辑时钟仅在给定的时刻分配，并且不支持系统的任一部分来损害另外的部分。
-其不包括任何“循环”：等待故障的策略引入了纯粹的线性处理，其不依赖于任何的循环依赖。行为是确定性的。有利于系统的良好行为的证明，因此改善了系统的可靠性。
-其延迟最小。引入的延迟是在分布式系统上处理相干误差可实现的最小理论延迟。
-其避免了引入误差。采用的策略是不让任何非相干进入系统。因此，系统的其余部分的设计大大得到了简化。同步误差和完整性误差不需要在别处处理。
-其允许系统的非相干的检测。通过管理低级误差，实施的算法可以识别故障元素。用于处理更高级别故障的架构可以挖掘这些结果。

Claims (6)

1.一种在航空电子系统中保证外部事件的接收并且对外部事件进行处理的方法，所述事件以数字信号的形式，所述航空电子系统包括通过数据总线FB联接在一起的多个电子计算机C，每个计算机包括数据处理电子装置EdT，
其特征在于，每个电子计算机包括同一个软件层AIM，其在接收到外部事件后执行以下步骤：
-在第一时刻，通过所述电子计算机将证实接收到所述外部事件的第一信号ACK传送至其它电子计算机的每一个，只有一个电子计算机发送代表所述第一时刻的时间戳；
-在称为“超时ACK”的第二时刻，如果所述电子计算机没有接收到从其它电子计算机的一个发出的第一信号的至少一个，则发送所谓的第二故障信号FAIL至证实没有接收到所述第一信号的其它电子计算机的每一个；
-在称为“超时保证”的第三时刻，如果所述电子计算机已经接收到第二故障信号，则所述多个电子计算机不考虑所述外部事件，并且如果所述电子计算机没有接收到故障信号，则根据由时间戳限定的时间顺序，通过所述电子计算机的数据处理电子装置来考虑所述外部事件；
-其中所述外部事件是相对于所述多个电子计算机为外部的。
2.根据权利要求1所述的在航空电子系统中保证外部事件的接收并且对外部事件进行处理的方法 法，其特征在于，当连续发送相同功能值的两个事件时，只有所述电子计算机的数据处理电子装置放弃或处理前一事件时，电子计算机的软件层才考虑第二事件。
3.根据前述权利要求的任一项所述的在航空电子系统中保证外部事件的接收并且对外部事件进行处理的方法 ，其特征在于，多个电子计算机以循环方式运行，在物理事件的接收和由电子计算机的各个处理电子装置的可能考虑之间经过的周期数为五。
4.根据权利要求1或2所述的在航空电子系统中保证外部事件的接收并且对外部事件进行处理的方法 ，其特征在于，所述外部事件从航空电子系统的人机控制界面发出。
5.根据权利要求1 所述的在航空电子系统中保证外部事件的接收并且对外部事件进行处理的方法 ，其中所述外部事件对应于用户通过用户接口与所述航空电子系统进行交互。
6.根据权利要求1所述的在航空电子系统中保证外部事件的接收并且对外部事件进行处理的方法 ，其中所述软件层管理异步性&完整性。
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