CN107577548A - 一种用于航空电子系统的实时动态重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，包含以下步骤IA级系统管理软件检测到某RE级节点任务故障后向各RE级节点广播方案号；备份RE级系统管理软件接收到方案号后重新加载网络配置表，切换分区调度，在动态加载分区上运行故障RE级节点上的应用软件，心跳包中填写新的方案号；IA级系统管理软件在检测到正常RE级节点和重构后的备份RE级节点的心跳包内的方案号一致后停止广播方案号。本发明通过应用软件在不同RE级节点之间的迁移，实现航空电子系统的实时动态重构，提高航空电子系统的故障容错特性。

Description

一种用于航空电子系统的实时动态重构方法

技术领域

本发明涉及航空电子系统领域设计技术，特别涉及航空电子系统的实时动态重构方法。

背景技术

航空电子系统由多个航电设备组成，每个航电设备的计算机模块上都有应用软件驻留并运行，当航电设备的计算机模块发生故障时，可能导致其上运行的应用软件运行出错，严重时甚至使得应用软件崩溃，同时该航电设备所具备的功能也将失去作用，极大影响任务需求。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，旨在解决在航空电子系统运行过程中，因计算机模块故障导致功能失效的问题，通过应用软件在不同计算机模块之间的迁移，实现航空电子系统的实时动态重构，提高航空电子系统的故障容错特性。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现；

一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，包含以下步骤：

1)IA级节点上的IA级系统管理软件检测到某RE级节点任务故障；

2)IA级系统管理软件经重构决策后，不停向各RE级节点广播方案号；

3)IA级系统管理软件通知交换机重构；

4)各RE级节点上的RE级系统管理软件接收IA级系统管理软件发送的方案号，并根据方案号判断自身是否需要进行重构或者静默，若是需要重构执行步骤7～9，若是需要静默则进行步骤5，若是不需要进行重构和静默则进行步骤 6；

5)故障RE级节点的RE级系统管理软件切换调度进入主动静默；

6)正常RE级节点的RE级系统管理软件根据接收到的方案号修改本地方案号，并在心跳包中填写新的方案号；

7)备份RE级节点的RE级系统管理软件重新加载网络配置表；

8)备份RE级节点的RE级系统管理软件切换分区调度，在动态加载分区上运行故障RE级节点上的应用软件；

9)备份RE级节点的RE级系统管理软件在心跳包中填写新的方案号；

10)IA级系统管理软件在检测到正常RE级节点和重构后的备份RE级节点的心跳包内的方案号一致后停止广播方案号。

依据上述特征，IA级节点和RE级节点均配置一个物理节点号和一个逻辑节点号；物理节点号表示该IA级节点在航空电子系统内的物理位置，物理节点号是全局唯一且不可改变的；逻辑节点号对应一个应用软件和一个相应的网络配置表，逻辑节点号是全局唯一且可以动态改变的。

依据上述特征，备份RE级节点的存储模块中存储所有可能需要重构的应用软件的镜像文件，并且为每个应用软件配置一个对应的VxWorks653操作系统动态加载类型的分区。

依据上述特征，备份RE级节点在进行重构时，先把应用软件的镜像文件中的代码段和只读数据段从存储模块中拷贝到动态加载分区的核心区域，再在动态加载分区冷启动时把代码段和只读数据段从核心区域拷贝到动态加载分区的启动首地址，实现故障RE级节点上的应用软件向备份RE级节点中对应的动态加载分区的迁移，并重新运行应用软件。

依据上述特征，IA级系统管理软件检测某RE级节点任务故障的方法为： IA级系统管理软件根据故障RE级节点上驻留的RE级系统管理软件上报的健康状态或者IA级系统管理软件检测到故障RE级节点上驻留的RE级系统管理软件失联时，IA级系统管理软件判断故障RE级节点功能失效。

依据上述特征，各RE节点驻留系统方案配置表，系统方案配置表提供对系统预置方案的配置，包含各方案号RE节点应运行的应用软件、网络配置表；各 RE节点根据IA节点下发的方案号在系统方案配置表中查找应加载的应用软件和网络配置表。

依据上述特征，IA节点驻留重构预案配置表，重构预案配置表提供对各系统方案之间关联的配置功能；若某个RE节点发生故障，IA节点根据故障RE 节点在重构预案配置表中查找方案号。

本发明解决了航空电子系统在运行过程中，因计算机模块故障导致功能失效的问题，通过应用软件在不同计算机模块之间的迁移，实现航空电子系统的实时动态重构，提高航空电子系统的故障容错特性。

附图说明

图1为实施例中所示的航空电子系统的结构示意图；

图2为用于航空电子系统的实时动态重构方法的流程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

航空电子系统遵循联合标准化航空电子系统架构协会(ASAAC)定义的先进航空电子体系结构标准，在航空电子系统中每个计算机模块均驻留资源单元级(ResourceElement)系统管理软件，简称为RE级系统管理软件，负责单一处理单元功能的管理控制，对每个计算机模块进行健康监控，这些计算机模块称之为RE节点；将航空电子系统中一个计算机模块中驻留有为综合区域级 (Integration Area)系统管理软件，简称为IA级系统管理软件,负责航空电子系统的综合管理控制，负责收集各RE级系统管理软件上报的健康状态，该计算机模块称之为IA节点。

以图1所示的系统环境为例，各计算机模块采用通用的硬件资源平台，操作系统平台统一为VxWorks653操作系统：

各节点功能的说明如表1所示：

表1

在本实施例中，CPU4作为备份计算机模块存储了其它计算机模块的应用软件映像文件，并为每一个应用软件配置相应的动态加载分区。当航空电子系统中任何一个计算机模块发生故障时，备份计算机模块都能够把故障计算机模块的应用软件映像文件加载到相应的动态加载分区中进行运行，通过利用该类型分区的动态加载机制，保证了备份计算机模块在正常运行时能够进行不同的应用软件的切换，从而实现系统重构时功能的迁移。

IA级系统管理软件检测到某节点任务故障，且IA级系统管理经过故障处理确定该节点的故障处理措施为重构后，任务从故障计算机模块迁移到备份计算机模块。

用于航空电子系统的实时动态重构方法的流程如下：

1)IA级节点上的IA级系统管理软件检测到某RE级节点任务故障；

2)IA级系统管理软件经重构决策后，不停向各RE级节点广播方案号；

3)IA级系统管理软件通知交换机重构；

4)各RE级节点上的RE级系统管理软件接收IA级系统管理软件发送的方案号，并根据方案号判断自身是否需要进行重构或者静默，若是需要重构执行步骤7～9，若是需要静默则进行步骤5，若是不需要进行重构和静默则进行步骤 6；

5)故障RE级节点的RE级系统管理软件切换调度进入主动静默；

6)正常RE级节点的RE级系统管理软件根据接收到的方案号修改本地方案号，并在心跳包中填写新的方案号；

7)备份RE级节点的RE级系统管理软件重新加载网络配置表；

8)备份RE级节点的RE级系统管理软件切换分区调度，在动态加载分区上运行故障RE级节点上的应用软件；

9)备份RE级节点的RE级系统管理软件在心跳包中填写新的方案号；

10)IA级系统管理软件在检测到正常RE级节点和重构后的备份RE级节点的心跳包内的方案号一致后停止广播方案号。

具体流程如图2所示。

重构流程中涉及三个方面1)应用软件与物理位置无关性的设计，2)动态加载应用软件的设计，3)重构决策流程的设计。

(一)应用软件与物理位置无关性的设计

在航空电子系统中为每个计算机模块配置一个物理节点号和一个逻辑节点号的属性。物理节点号表示该计算机模块在航空电子系统内的物理位置，物理节点号是全局唯一且不可改变的；逻辑节点号都对应一个应用软件和一个相应的网络配置表，逻辑节点号是全局唯一且可以动态改变的。在航空电子系统运行过程中，每个计算机模块根据当前的逻辑节点号选择运行的应用软件以及相应的网络配置表，从而使得应用软件及其网络配置属性只与逻辑节点号相关，而与物理位置无关。无论应用软件迁移到任何计算机模块，其逻辑节点号和相应网络配置均保持不变，因此应用软件本身无需关心自身在系统中的物理位置，在航空电子系统重构后，其网络传输功能与重构前保持一致。

(二)动态加载应用软件的设计

在备份计算机模块的存储模块(FLASH)中存储所有可能需要重构的应用软件的镜像文件，并且为每个应用软件配置一个对应的VxWorks653操作系统动态加载类型的分区。当航空电子系统发生重构时，对需要重新运行的应用软件所对应的动态加载分区进行两次拷贝操作，第一次是把应用软件的镜像文件中的代码段和只读数据段从存储模块(FLASH)中拷贝到动态加载分区的核心区域 (KernelRegion)中，第二次是在动态加载分区冷启动时把代码段和只读数据段从核心区域(KernelRegion)拷贝到动态加载分区的启动首地址，通过上述两次拷贝操作，故障计算机模块上的应用软件就被迁移到备份计算机模块中对应的动态加载分区中，并重新运行起来。

(三)重构决策流程的设计

当故障计算机模块发生严重故障时，IA级系统管理软件根据故障计算机模块上驻留的RE级系统管理软件上报的健康状态或者IA级系统管理软件自身检测到故障计算机上驻留的RE级系统管理软件失联时，IA级系统管理软件判断故障计算机功能失效，IA级系统管理软件和RE级系统管理软件通过下文描述的系统状态配置共同完成航空电子系统重构流程。

系统状态配置为用户提供对一个综合区域进行系统方案配置表和重构预案配置表。系统状态配置描述了当前航空电子系统在某一个状态的配置信息，具体体现为航空电子系统中各计算机模块物理节点号与逻辑节点号的映射关系。

系统方案配置表表驻留在各RE节点上，为用户提供对系统预置方案的配置，每个系统方案的配置中，包含对当前方案下，各计算机模块运行的应用软件、网络配置表的配置。系统方案配置表的参数如下表2所示。各RE节点根据IA 节点下发的方案号在系统方案配置表中查找应加载的应用软件和网络配置表。

表2

重构预案配置表驻留在IA节点上，为用户提供对各系统方案之间关联的配置功能，用户可以在重构预案配置中指定在某个系统方案下，若某个计算机模块发生故障，航空电子系统会重构到的目标系统方案。针对每个系统方案，其重构预案参数如下表3所示。若某个RE节点发生故障，IA节点根据故障RE 节点在重构预案配置表中查找方案号。

表3

本发明通过在航电设备的计算机模块发生故障时，根据故障计算机模块上运行的应用软件优先级和重构预案，选定航空电子系统内空闲的计算机模块或者运行的应用软件优先级低于故障计算机模块的应用软件优先级的计算机模块为备份计算机模块，将故障计算机模块上运行的应用软件迁移到备份计算机模块上重新运行，实现航空电子系统的实施动态重构，并且保证网络传输功能与重构前保持一致，恢复故障计算机模块所具备的功能，解决了因计算机模块的故障导致功能失效的问题，提高航空电子系统故障容错特性。

Claims (7)

1.一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，包含以下步骤

1)IA级节点上的IA级系统管理软件检测到某RE级节点任务故障；

2)IA级系统管理软件经重构决策后，不停向各RE级节点广播方案号；

3)IA级系统管理软件通知交换机重构；

4)各RE级节点上的RE级系统管理软件接收IA级系统管理软件发送的方案号，并根据方案号判断自身是否需要进行重构或者静默，若是需要重构执行步骤7～9，若是需要静默则进行步骤5，若是不需要进行重构和静默则进行步骤6；

5)故障RE级节点的RE级系统管理软件切换调度进入主动静默；

6)正常RE级节点的RE级系统管理软件根据接收到的方案号修改本地方案号，并在心跳包中填写新的方案号；

7)备份RE级节点的RE级系统管理软件重新加载网络配置表；

8)备份RE级节点的RE级系统管理软件切换分区调度，在动态加载分区上运行故障RE级节点上的应用软件；

9)备份RE级节点的RE级系统管理软件在心跳包中填写新的方案号；

10)IA级系统管理软件在检测到正常RE级节点和重构后的备份RE级节点的心跳包内的方案号一致后停止广播方案号。

2.根据权利要求1所述的一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，其特征在于IA级节点和RE级节点均配置一个物理节点号和一个逻辑节点号；物理节点号表示该IA级节点在航空电子系统内的物理位置，物理节点号是全局唯一且不可改变的；逻辑节点号对应一个应用软件和一个相应的网络配置表，逻辑节点号是全局唯一且可以动态改变的。

3.根据权利要求1所述的一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，其特征在于在备份RE级节点的存储模块中存储所有可能需要重构的应用软件的镜像文件，并且为每个应用软件配置一个对应的VxWorks653操作系统动态加载类型的分区。

4.根据权利要求3所述的一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，其特征在于备份RE级节点在进行重构时，先把应用软件的镜像文件中的代码段和只读数据段从存储模块中拷贝到动态加载分区的核心区域，再在动态加载分区冷启动时把代码段和只读数据段从核心区域拷贝到动态加载分区的启动首地址，实现故障RE级节点上的应用软件向备份RE级节点中对应的动态加载分区的迁移，并重新运行应用软件。

5.根据权利要求1所述的一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，其特征在于IA级系统管理软件检测某RE级节点任务故障的方法为：IA级系统管理软件根据故障RE级节点上驻留的RE级系统管理软件上报的健康状态或者IA级系统管理软件检测到故障RE级节点上驻留的RE级系统管理软件失联时，IA级系统管理软件判断故障RE级节点功能失效。

6.根据权利要求1所述的一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，其特征在于各RE节点驻留系统方案配置表，系统方案配置表提供对系统预置方案的配置，包含各方案号RE节点应运行的应用软件、网络配置表；各RE节点根据IA节点下发的方案号在系统方案配置表中查找应加载的应用软件和网络配置表。

7.根据权利要求1所述的一种用于航空电子系统的实时动态重构方法，其特征在于IA节点驻留重构预案配置表，重构预案配置表提供对各系统方案之间关联的配置功能；若某个RE节点发生故障，IA节点根据故障RE节点在重构预案配置表中查找方案号。