CN113190253A - 一种应用于机载ima的软件在线升级系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机载设备升级技术领域，具体涉及一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统及方法。其中，系统包括云端服务器、SOTA终端引擎模块和A664交换模块，SOTA终端引擎模块与云端服务器连接，A664交换模块与SOTA终端引擎模块连接，SOTA终端引擎模块包括：5G服务网关，用于接收云端服务器的软件升级包，并与云端服务器实现交互指令的传输；OTA管理器，用于接收5G服务网关的软件升级包；A664网关，用于接收OTA管理器发送的软件升级包，并将软件升级包下发至A664交换模块；A664交换模块将软件升级包传输至IMA中的各GPM模块。通过本申请涉及的系统和方法，可降低机载设备升级时的复杂程度，提高机载设备升级时的安全性。

Description

一种应用于机载IMA的软件在线升级系统及方法

技术领域

本发明涉及机载设备升级技术领域，具体涉及一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统及方法。

背景技术

通常机载IMA(Integrated Modular Avionics，综合模块化航电系统)中运行应用软件的功能模块包含多个GPM模块，传统的软件升级方法需要专门配置管理工具分别路由到每一个模块，通过数据搬移的方式将应用程序目标码传输至主处理器片外程序存储空间，有时甚至需要拆开机箱，将每个模块拔出来进行操作。

目前，军机民机领域典型IMA系统中应用软件的升级是通过GPM模块自带的以太网接口连接目标机和配置管理工具，在配置管理工具中通过数据搬移的方式将应用程序目标码传输至PowerPC主处理器片外程序存储空间。

使用上述方法具有如下问题：

第一，需要将装机的IMA系统从飞机拆下，连接专用的调试维护线缆至地面维护升级计算机，可维修性低，对保障性要求高，同时增加了设备跌落、磕碰等安全性风险；

第二，通常IMA系统中包含多块GPM模块，采用传统的升级方式需要对每个模块进行单独进行手动操作，升级的效率较低；

第三，不同GPM模块间应用软件版本及协调一致性无法保证，存在手动升级应用软件因版本不一致造成系统故障的风险，缺乏追溯性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统及方法，以解决目前需要手动拆卸机载设备进行软件升级造成的升级效率低及安全风险大的问题。

第一方面，一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统，包括云端服务器、SOTA终端引擎模块和A664交换模块；所述SOTA终端引擎模块通过无线网络与所述云端服务器连接，获取所述云端服务器待升级的软件包及控制指令；所述A664交换模块与所述SOTA终端引擎模块通过ARINC664网络连接，将获取的软件包发送至对应的待升级GPM模块；所述SOTA终端引擎模块包括：

5G服务网关，与所述云端服务器无线连接，通过基于5G的地空宽带通信系统接收所述云端服务器的软件升级包，并与所述云端服务器实现交互指令的传输，其中，地空宽带通信系统为通过无线收发设备，沿飞行航路或特定空域架设地面基站，向高空进行覆盖，可以为不同高度层航线的飞机提供无线数据带宽；

OTA管理器，与所述5G服务网关连接，通过所述5G服务网关将软件升级包的下载进度及状态信息定期上报给所述云端服务器，用于对软件升级包进行解码、缓存处理、完好性检查、合法性验证及软件版本状态登记和管理，调度并控制IMA系统内各GPM模块的升级进程；

A664网关，与所述A664交换模块连接，包括两个ARINC664接口的端系统，用于实现所述SOTA终端引擎模块与待升级GPM模块之间的数据传输。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种应用于机载IMA的SOTA系统，通过设置有云端服务器和SOTA终端引擎模块，将机载设备的软件升级包通过云端服务器发送至SOTA终端引擎模块。SOTA终端引擎模块包括有5G服务网关，5G服务网关接收来自云端服务器的软件升级包，同时SOTA终端引擎模块通过5G服务网关与云端服务器建立数据交互。OTA管理器对接收自云端服务器的软件升级包进行安全性和完整性校验。

可选地，所述OTA管理器还包括版本管理单元，所述版本管理单元用于接收升级控制指令，存储GPM模块中的软件版本信息，并与所述OTA管理器接收自所述5G服务网关的软件升级包进行比对，判断是否进行升级以及确定所需升级的GPM模块。

可选地，所述SOTA终端引擎模块还包括非易失存储器NAND Flash，所述非易失存储器NAND Flash与所述OTA管理器连接，用于缓存所述OTA管理器接收到的软件升级包。

可选地，所述SOTA终端引擎模块还包括安全芯片，所述安全芯片用于接收所述OTA管理器接收到的经过加密的软件升级包，并对软件升级包解码及合法性校验。

第二方面，本发明提供的一种应用于机载IMA系统的软件在线升级方法，包括：

OTA管理器接收经过加密的云端服务器无线传输发送的软件升级包及升级策略控制指令；

OTA管理器接收到通过5G服务网关传输的软件升级包后，通过安全芯片进行解码，并进行完整性和合法性检查，验证无误后缓存入非易失存储器NAND Flash；

OTA管理器根据解析的控制指令定位待升级的GPM模块，通过版本管理单元比对待升级GPM模块当前的软件版本信息与软件升级包的版本信息；当版本信息比对情况与控制指令匹配时，通过A664网关向待升级GPM模块发起升级请求指令；版本信息比对情况与控制指令不匹配时，向云端服务器反馈升级失败状态信息；

OTA管理器根据接收到的待升级GPM模块反馈的升级请求指令启动软件升级操作，周期性从非易失存储器中读取软件升级包数据，通过ARINC664总线将程序数据发送至待升级GPM模块，同时周期性向云端服务器发送升级进度状态信息；

升级结束后，所述OTA管理器发送升级结果至所述云端服务器。

由上述技术方案可知，本发明提供的应用于机载IMA的软件在线升级方法，针对机载IMA的各GPM模块，采用5G服务网关将云端服务器接收到的软件升级包发送至OTA管理器，OTA管理器针对接收到的软件升级包进行完整性和安全性校验，以及版本信息比对，判断GPM模块是否需要升级，若版本信息比对存在版本号小于OTA管理器接收到的软件升级包版本号的情况，通过A664网关对GPM模块进行升级。升级过程中OTA管理器向云端服务器不断发送升级状态信息，升级状态信息包括失败和成功的信息。在升级完成后反馈升级结果，保证了云端服务器信息的实时性。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1)通过本申请具体涉及的应用于机载IMA的SOTA系统及方法，对比于现有升级方法必须手动操作甚至要拆卸各GPM模块的方式，本申请可实现软件空中升级，降低了机载设备升级的难度，提高了升级效率。同时无线网络自动的方式即可实现应用软件的升级，各个GPM模块要升级的应用软件在远程云端统一管理，能够有效保证软件版本的正确性和相互的匹配性，降低了人为操作带来风险，提高了安全性。

2)本申请提出的SOTA终端引擎模块可独立设置于IMA系统中，当IMA系统供应商或者机载任务系统负责单位上传待更新的软件升级包至云端服务器，SOTA终端引擎模块中的OTA管理器控制SOTA终端引擎模块中的其他模块进行数据处理，使机载设备的软件升级过程实现自动化，软件升级过程中无需人为操作，提高了软件升级的效率。

3)本申请针对机载IMA中的各GPM模块，使用A664交换模块进行数据传输，IMA系统的GPM模块在设计时无需预留专用的调试维护以太网接口，复用IMA内部的A664主干网络即可实现模块升级，降低了GPM模块设计的复杂度和设计成本，增加了系统可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明实施例所提供的应用于机载IMA系统的软件在线升级系统的结构框图；

图2示出了本发明实施例所提供的应用于机载IMA系统的软件在线升级方法的流程图。

附图标记：

100-软件在线升级系统；110-云端服务器；120-SOTA终端引擎模块；121-5G服务网关；122-OTA管理器；1221-版本管理单元；123-A664网关；124-非易失存储器NAND Flash；125-安全芯片；130-A664交换模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

为了解决传统机载IMA中各GPM模块升级过程中的不便，本发明具体涉及一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统100，包括云端服务器110、SOTA终端引擎模块120和A664交换模块130；SOTA终端引擎模块120通过无线网络与云端服务器110连接，获取云端服务器110待升级的软件包及控制指令；A664交换模块130与SOTA终端引擎模块120通过ARINC664网络连接，将获取的软件包发送至对应的待升级GPM模块；SOTA终端引擎模块120包括：

5G服务网关121，与云端服务器110无线连接，通过基于5G的地空宽带通信系统接收云端服务器110的软件升级包，并与云端服务器110实现交互指令的传输，其中，地空宽带通信系统通过无线收发设备，沿飞行航路或特定空域架设地面基站，向高空进行覆盖，可以为不同高度层航线的飞机提供无线数据带宽；

OTA管理器122，与5G服务网关121连接，通过5G服务网关121将软件升级包的下载进度及状态信息定期上报给云端服务器110，用于对软件升级包进行解码、缓存处理、完好性检查、合法性验证及软件版本状态登记和管理，调度并控制IMA系统内各GPM模块的升级进程；

A664网关123，与A664交换模块140连接，包括两个ARINC664接口的端系统，用于实现所述SOTA终端引擎模块120与待升级GPM模块之间的数据传输。

具体地，SOTA终端引擎模块120负责升级策略、升级任务、软件版本、数据分析等升级管理工作，是机载IMA的软件无线升级的发起端和软件版本的管理端。软件升级包在云端服务器110通过5G服务网关121发送至SOTA终端引擎模块120，再通过A664网关123传输至各GPM模块中，并且软件升级包具有针对性，使得软件升级包和应用软件刷写策略能够下发到机载GPM模块执行，并且不同的GPM模块具有不同的升级策略和软件升级包。

需要说明的是，针对于地空宽带通信系统的架设，基于与陆基设施进行互动的能力，即使在飞行过程中，通过SOTA终端引擎模块120也可以与路基设施进行数据传输，通过5G服务网关121获取地面设施发送的软件升级包，实现机载GPM模块的软件升级。

进一步地，5G服务网关121接收来自云端服务器110的软件升级包，OTA管理器122获取5G服务网关121接收到的软件升级包，并对软件升级包进行安全性和完整性校验。例如，可通过PGP校验软件升级包的完整性，以验证软件升级包的安全性，降低软件升级过程中的风险，提高数据传输过程中的安全性。

进一步地，OTA管理器122将接收5G服务网关121转送的软件升级包，并对软件升级包进行安全性和完整性的校验，并且OTA管理器122还会对软件升级包进行版本信息获取，将获取到的软件升级包的版本信息与GPM模块的版本信息进行比对，确认是否需要进行升级。

进一步地，A664网关123接收OTA管理器122发送的软件升级包，并将软件升级包下发至A664交换模块130；A664交换模块130将软件升级包传输至IMA中的各GPM模块。通过A664网关123进行数据交换，在设计时无需预留专用的调试维护以太网接口，A664交换模块130直接复用IMA系统的A664总线将软件升级包发送至各GPM模块实现各模块的升级，降低了SOTA终端引擎模块120数据传输至各GPM模块之间的复杂度和设计成本。

当飞机存在新版本更新需求时，根据不同的场景需要可以按照网络以及升级需求调整。本申请所具体涉及的软件在线升级系统100为机载设备在飞行过程中的软件升级提供了具体途径，避免了现有机载设备升级时必须通过专门配置管理工具分别路由到每一个GPM模块，通过数据搬移的方式将应用程序目标码传输至主处理器片外程序存储空间这种复杂方式，简化了机载设备升级时的复杂程度。5G服务网关121可连接云端服务器110，针对IMA系统供应商或者机载任务系统负责单位发布的新的软件升级包，上传至云端服务器110，云端服务器110通过5G服务网关121与SOTA终端引擎模块120建立通信，发送软件升级包至OTA管理器122，OTA管理器122将存储通过A664网关123获取的各机载IMA中GPM模块的版本信息，并进行判断，根据各GPM模块的升级策略，比对目前版本信息和软件升级包的版本信息，将软件升级包传输至需要升级的GPM模块。

可选地，OTA管理器还包括版本管理单元1221，版本管理单元1221用于接收升级控制指令，存储GPM模块中的软件版本信息，并与OTA管理器122接收自5G服务网关121的软件升级包进行比对，判断是否进行升级以及确定所需升级的GPM模块。

具体地，当OTA管理器122接收到5G服务网关121的软件升级包，OTA管理器122中的版本管理单元1221将对GPM模块中的软件版本信息进行比对，判断出需要更新的GPM模块，并将软件升级包针对需要软件更新的GPM模块进行发送。通过版本管理单元1221，经过版本信息比对确定需要更新的GPM模块，再将软件升级包发送至对应的GPM模块，避免数据传输的浪费，提高升级的准确性。

可选地，SOTA终端引擎模块还包括非易失存储器NAND Flash124，非易失存储器NAND Flash124与OTA管理器122连接，用于缓存OTA管理器122接收到的软件升级包。

具体地，非易失存储器NAND Flash124将接收通过5G服务网关121获取到的软件升级包，并备份软件升级包，同时备份各GPM模块的应用软件，若软件无线升级失败，可直接调用非易失存储器NAND Flash124中的备份，防止升级失败造成的应用软件丢失，提高升级过程的安全性。同时备份会进行加密以提高安全性。

可选地，SOTA终端引擎模块120还包括安全芯片125，安全芯片125用于接收OTA管理器122接收到的经过加密的软件升级包，并对软件升级包解码及合法性校验。

在本申请的一个实施例中，安全芯片125采用国民技术公司的Z32HUA-4芯片，该芯片可通过编程控制编码及解码模式，接收到数据后根据事先确定的密钥进行解析，校验合格则认为数据有效，进行下一步处理，否则则销毁。通过增设安全芯片125，提高编码与解码过程的安全性，降低软件升级的风险。

在本申请的一个实施例中，具体还涉及一种IMA系统的软件在线升级方法，参见图2，包括：

S101、OTA管理器接收经过加密的云端服务器无线传输发送的软件升级包及升级策略控制指令。

具体地，不同的机载IMA对应于不同的GPM模块数量和功能要求不同，在升级过程、升级条件以及安全方面都有不同的要求，针对不同的GPM模块，云端服务器110将根据制定不同的升级策略。同时，云端服务器110对制定的不同升级策略进行测试，测试其安全性。云端服务器110将软件升级包及升级策略控制指令加密后无线传输至SOTA终端引擎模块120，SOTA终端引擎模块120将根据针对具体GPM模块实现软件升级。

S102、OTA管理器122接收到通过5G服务网关121传输的软件升级包后，通过安全芯片125进行解码，并进行完整性和合法性检查，验证无误后缓存入非易失存储器NANDFlash124。

具体地，通过SOTA终端引擎模块120中的5G服务网关121接收云端服务器110的软件升级包及升级策略，通过安全芯片125进行完整性和安全性校验，同时在非易失存储器NAND Flash124中备份软件升级包和升级策略，防止升级失败后进行调用，保证了升级过程的安全性和稳定性。

S103、OTA管理器122根据解析的控制指令定位待升级的GPM模块，通过版本管理单元比对待升级GPM模块当前的软件版本信息与软件升级包的版本信息；当版本信息比对情况与控制指令匹配时，通过A664网关123向待升级GPM模块发起升级请求指令；版本信息比对情况与控制指令不匹配时，向云端服务器反馈升级失败状态信息。

具体地，OTA管理器122通过A664网关123将软件升级包发送至A664交换模块130，A664交换模块130直接复用IMA系统的A664总线将软件升级包发送至各GPM模块实现各模块的升级，降低了SOTA终端引擎模块120数据传输至各GPM模块之间的复杂度和设计成本。

S104、OTA管理器122根据接收到的待升级GPM模块反馈的升级请求指令启动软件升级操作，周期性从非易失存储器NAND Flash124中读取软件升级包数据，通过ARINC664总线将程序数据发送至待升级GPM模块，同时周期性向云端服务器发送升级进度状态信息。

具体地，非易失存储器NAND Flash124备份软件升级包及升级策略，OTA管理器122可周期性的获取具体数据，并发送至待升级GPM模块，在升级失败后周期性对审计是薄的GPM模块进行升级，并向云端服务器发送升级进度状态信息，保持云端服务器110的数据更新，便于了解各GPM模块的最新升级状态。

S105、升级结束后，OTA管理器122发送升级结果至云端服务器110。

具体地，在升级过程完成后，机载IMA会向云端服务器110反馈升级结果，实现结果的回传。同时，管理人员可调用云端服务器110的升级结果，判断GPM模块当前的版本状态，当由于软件升级包的原因造成的升级失败的结果，管理人员可对软件升级包进行更新，防止GPM模块更新失败造成的机载IMA故障，提高了升级过程的稳定性。

需要说明的是，软件升级包可以同时为一个或者多个GPM模块进行升级操作，多个GPM模块可以升级同样的软件或者根据不同应用升级不同的软件；当升级多个GPM模块时，OTA管理器122建立升级队列，对GPM模块逐一进行升级。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统，其特征在于，包括云端服务器、SOTA终端引擎模块和A664交换模块；所述SOTA终端引擎模块通过无线网络与所述云端服务器连接，获取所述云端服务器待升级的软件包及控制指令；所述A664交换模块与所述SOTA终端引擎模块通过ARINC664网络连接，将获取的软件包发送至对应的待升级GPM模块；所述SOTA终端引擎模块包括：

5G服务网关，与所述云端服务器无线连接，通过基于5G的地空宽带通信系统接收所述云端服务器的软件升级包，并与所述云端服务器实现交互指令的传输，其中，地空宽带通信系统为通过无线收发设备，沿飞行航路或特定空域架设地面基站，向高空进行覆盖，可以为不同高度层航线的飞机提供无线数据带宽；

OTA管理器，与所述5G服务网关连接，通过所述5G服务网关将软件升级包的下载进度及状态信息定期上报给所述云端服务器，用于对软件升级包进行解码、缓存处理、完好性检查、合法性验证及软件版本状态登记和管理，调度并控制IMA系统内各GPM模块的升级进程；

A664网关，与所述A664交换模块连接，用于实现所述SOTA终端引擎模块与待升级GPM模块之间的数据传输。

2.根据权利要求1所述的一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统，其特征在于，所述OTA管理器还包括版本管理单元，所述版本管理单元用于接收升级控制指令，存储GPM模块中的软件版本信息，并与所述OTA管理器接收自所述5G服务网关的软件升级包进行比对，判断是否进行升级以及确定所需升级的GPM模块。

3.根据权利要求1所述的一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统，其特征在于，所述SOTA终端引擎模块还包括非易失存储器NAND Flash，所述非易失存储器NAND Flash与所述OTA管理器连接，用于缓存所述OTA管理器接收到的软件升级包。

4.根据权利要求1所述的一种应用于机载IMA系统的软件在线升级系统，其特征在于，所述SOTA终端引擎模块还包括安全芯片，所述安全芯片用于接收所述OTA管理器接收到的经过加密的软件升级包，并对软件升级包解码及合法性校验。

5.一种应用于IMA系统的软件在线升级方法，基于权利要求1-4所述的软件在线升级系统，其特征在于，包括如下步骤：

OTA管理器接收经过加密的云端服务器无线传输发送的软件升级包及升级策略控制指令；

OTA管理器接收到通过5G服务网关传输的软件升级包后，通过安全芯片进行解码，并进行完整性和合法性检查，验证无误后缓存入非易失存储器NAND Flash；

OTA管理器根据解析的控制指令定位待升级的GPM模块，通过版本管理单元比对待升级GPM模块当前的软件版本信息与软件升级包的版本信息；当版本信息比对情况与控制指令匹配时，通过A664网关向待升级GPM模块发起升级请求指令；版本信息比对情况与控制指令不匹配时，向云端服务器反馈升级失败状态信息；

OTA管理器根据接收到的待升级GPM模块反馈的升级请求指令启动软件升级操作，周期性从非易失存储器NAND Flash中读取软件升级包数据，通过ARINC664总线将程序数据发送至待升级GPM模块，同时周期性向云端服务器发送升级进度状态信息；

升级结束后，所述OTA管理器发送升级结果至所述云端服务器。

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