CN113392064A

CN113392064A - 一种微型综合航电核心处理机

Info

Publication number: CN113392064A
Application number: CN202110722889.4A
Authority: CN
Inventors: 王钢林; 宋万强; 李岩; 郝智渊; 赵国栋; 鲍君波
Original assignee: Chinese Aeronautical Est
Current assignee: Chinese Aeronautical Est
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2021-09-14

Abstract

本发明公开了一种微型综合航电核心处理机，属于机载航空电子系统领域。本发明包括机箱，机箱内设置有依次通信连接的输入输出模块、光纤总线模块、滤波电源模块、核心处理模块、存储模块和扩展模块，核心处理模块还通过背板电路分别与光纤总线模块、滤波电源模块、输入输出模块、存储模块和扩展模块连接，输入输出模块通过机内统一光纤总线与各外设分系统连接，核心处理模块采用PowerPC架构的T1042多核处理器。本发明采用高密度、小尺寸的模块化结构构成低成本凑紧型分布式系统，具有低耦合、易扩展的特点，选取嵌入式多核处理芯片，有效提升综合航电核心处理机的运算以及控制能力，提高了数据总线带宽。

Description

一种微型综合航电核心处理机

技术领域

本发明涉及机载航空电子系统领域，具体涉及为一种微型综合航电核心处理机。

背景技术

航空电子系统核心处理机作为飞机的“大脑”，是全机最主要的计算资源。它能够在飞机飞行时根据其任务需要和环境特点，负责完成飞行控制、飞行管理、任务规划、数据处理等计算任务，使得飞机能够及时、有效的受到管理和控制，并能安全、可靠的按照预定航迹飞行，高效的完成相关任务。

航电核心处理机对飞机的飞行品质起着至关重要的作用，而机载计算机的架构设计又从根本上影响计算机的性能发挥。随着飞机航电设备的发展，关于机载计算机的架构设计主要分为两种：一种是集成一体化机载计算机，各个功能封装在一个外壳之内，是一个统一的整体。这种机载计算机虽然实现了一体化，但是整体笨重，不易做内部维护，主要以整体拆下代换为主要维护方式。这种方式维护不灵活，特殊环境下适应性较差。另外这种机载计算机体积较大，占用飞机更多宝贵的空间和重量。另一种是分体机载计算机，该种机载计算机是按照功能将计算机分为几个独立的单元，没有统一的安装方法，根据飞机的实际结构空间分散固定，安装结构不统一，安装标准不统一，甚至不提供安装结构，需要客户自行设计安装结构。各个单元之间用电源电缆和通信电缆连接。这种安装方式虽然实现了针对某个单元的维护，不用整机代换，但是增加了安装难度。由于单元之间有较长的通信电缆，因此这种方式最大的缺点是抗电磁干扰能力差，这降低了飞机的环境适应性，造成了不必要的飞行安全隐患。

发明内容

本发明的目的是为了解决对于分体式机载计算机架构存在的安装标准及安装方式不统一、通信电缆连接方式抗电磁干扰能力差的问题，而提出一种微型综合航电核心处理机。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种微型综合航电核心处理机，包括机箱，所述机箱内设置有依次通信连接的输入输出模块、光纤总线模块、滤波电源模块、核心处理模块、存储模块和扩展模块，所述核心处理模块还通过背板电路分别与光纤总线模块、滤波电源模块、输入输出模块、存储模块和扩展模块连接，所述输入输出模块通过机内统一光纤总线与各外设分系统连接；

所述输入输出模块用于实现各外设分系统与综合航电核心处理机之间的信息交互，所述光纤总线模块用于完成各外设分系统数据的分发处理，所述滤波电源模块用于接收处理外部输入电源并为整机提供工作电源，所述核心处理模块用于分区计算和处理各外设分系统的数据，所述存储模块用于将需要记录的数据进行存储，所述背板电路用于实现综合航电核心处理机内部各模块之间的通信。

进一步的是，所述核心处理模块通过VxWorks 653操作系统对各外设分系统数据进行分区设置，每个区域分系统数据通过订阅-发布机制进行分区通信。

进一步的是，所述核心处理模块采用PowerPC架构的T1042多核处理器，包括VxWorks 653操作系统、VxWorks操作系统和Linux操作系统。

进一步的是，所述核心处理模块、光纤总线模块、滤波电源模块、输入输出模块和存储模块均通过设置的标准扩展槽固定在机箱内。

进一步的是，所述统一光纤总线包括MIL-STD-1553C总线和/或FC-AE-1553总线。

进一步的是，所述外设分系统包括起落架、舵面控制器、大气传感器、导航模块、发动机、数传电台、燃油管理、液压管理和电源管理系统。

进一步的是，所述通信连接包括高速差分连接、USB连接、RS232连接、Ethernet连接、JTAG/GPIO连接、SDHC连接、RS485连接、SPI连接、IIC连接、PCIe连接和SATA连接。

进一步的是，所述输入输出模块设置有FC-AE-1553接口、USB接口、RS232接口、JTAG/GPIO接口和Ethernet接口。

进一步的是，还包括显示模块、机器学习模块和其它扩展模块。

进一步的是，所述综合航电核心处理机的尺寸为100mm×100mm×120mm。

本发明的有益效果：

1、本发明采用PowerPC架构，选取嵌入式多核处理芯片，有效提升综合航电核心处理机的运算以及控制能力，提高了数据总线带宽，降低了延时，为后续机载智能控制、多传感器数据融合处理等功能的开发保驾护航。

2、本发明采用多分区VxWorks 653实时系统，在保证运算实时进行的同时，通过多分区将不同功能模块独立运行，既保证了整个控制运算的逻辑实时性，又保证了每个功能模块运行的独立性，集分布式架构和集中式架构的优势于一身。

3、本发明采用高密度、小尺寸的模块化结构构成低成本凑紧型分布式系统，具有低耦合、易扩展的特点；各模块通过扩展槽固定，可实现即插即用的功能；处理机外设接口丰富可兼容目前主流的航电外设设备，采用统一标准的接口，提供统一的安装方式，可方便各部分硬件的拆装、更换和维修，保证了系统的通用性，可根据不同需求定制快速成型。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中T1042多核处理器原理示意图；

图3为本发明中订阅-发布分区通信机制架构图；

图4为本发明通信接口示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种微型综合航电核心处理机，包括机箱，机箱内设置有依次通信连接的输入输出模块、光纤总线模块、滤波电源模块、核心处理模块、存储模块和扩展模块，核心处理模块还通过背板电路分别与光纤总线模块、滤波电源模块、输入输出模块、存储模块和扩展模块连接，输入输出模块通过机内统一光纤总线与各外设分系统连接。

其中，输入输出模块用于实现各外设分系统与综合航电核心处理机之间的信息交互，光纤总线模块用于完成各外设分系统数据的分发处理，滤波电源模块用于接收处理外部输入电源并为整机提供工作电源，核心处理模块用于分区计算和处理各外设分系统的数据，存储模块用于将需要记录的数据进行存储，背板电路用于实现综合航电核心处理机内部各模块之间的通信。

需要说明的是，外设分系统包括起落架、舵面控制器、大气传感器、导航模块、发动机、数传电台、燃油管理、液压管理和电源管理系统等等，兼容目前主流的航电外设设备。

上述外设分系统的数据信息通过核心处理机内统一光纤总线传输到输入输出模块中，输入输出模块实现与核心处理模块实现信息交互，综合航电核心处理机的内部通过背板电路实现各模块之间的通信，由于各分系统与综合航电核心处理机交互的数据是海量的，因此进入综合航电核心处理机的数据在光纤总线模块上完成第一步的分发处理；再根据数据和任务的不同优先级，分别将分发处理过的数据转入核心处理模块进行任务计算和处理；最后经过核心处理模块完成任务计算的数据再次通过光纤总线模块以及输入输出模块分发给各分系统，同时将需要记录的数据转入存储模块进行数据的存储。同时设置有扩展模块，为将来可能出现的任务系统提供保障。

如图2所示，核心处理模块采用PowerPC架构的T1042多核处理器，处理机是基于ANSI/VITA 74.0-2017(简称VITA 74标准)，并按照航空要求优化、加固设计的紧凑型ICP，主要是为亚尺寸无人机提供综合模块化航电(Integrated Modular Avionics，IMA)平台，具有低成本、高性能、高实时、高可靠、体积小、重量轻等特点。相对于全尺寸飞机ICP所采用的Compact PCI标准VITA 74具有更小的尺寸和重量可以满足亚尺寸飞机机内布置空间的约束要求。

并且，T1042核心处理器采用多核PowerPC高性能芯片，PowerPC架构处理器性能稳定、抗干扰能力强，满足在恶劣环境下工作的需求；部署符合ARINC 653规范的多核实时操作系统，提供了安全可靠的时间和空间分区功能，可确保遏制分区故障扩大，为IMA系统提供符合ARINC 653标准的平台。T1042结构采用模块化结构，模块间支持高、低速电气信号，按照规范可以进行一定程度的自由组合以及扩展。

上述T1042核心处理器包括VxWorks 653操作系统、VxWorks操作系统和Linux操作系统和其他系统。

本发明中，核心处理模块通过VxWorks 653操作系统对各外设分系统数据进行分区设置，每个区域分系统数据通过订阅-发布机制进行分区通信。

如图3所示，综合航电核心处理机将接收到的各外设分系统根据VxWorks653操作系统的多分区特性，根据各外设分系统所执行的任务进行分区设置，每个外设分系统中又分为了多个子系统，综合航电核心处理机将每个区域中信息通过订阅-发布机制进行通信，完成数据处理。不同系统之间的通信采用订阅-发布机制，以降低模块与模块之间的耦合度。同时利用VxWorks 653多分区特性，为不同任务单独设置分区，保证了模块之间的独立性。

选用多分区VxWorks 653实时系统，保证了运算实时进行的同时，可通过多分区将不同功能模块独立运行，既保证了整个控制运算的逻辑实时性，又保证了每个功能模块运行的独立性，集分布式架构和集中式架构的优势于一身。

本发明中核心处理模块、光纤总线模块、滤波电源模块、输入输出模块和存储模块均设计成为硬件板，通过设置的标准扩展槽固定在机箱内，可实现即插即用的功能，为亚尺寸飞机的不同性能要求、不同成本敏感度提供了灵活的高低搭配解决方案，对于同型飞机的不同任务改型提供了统一的航电系统解决方案，使得系列化、大幅度提高高性能靶机、无人机的经济性成为一种可能。

另外，全机机内统一光纤总线，根据成本以及性能需求采用MIL-STD-1553C总线和/或FC-AE-1553总线。其中，FC-AE-1553支持总线式和交换式网络，理论带宽可达4Gbps；MIL-STD-1553C为总线式网络，理论带宽最高可达100Mbps。机内统一采用光纤总线，具备高带宽、低时延的优点。

同时，综合航电核心处理机内部各模块的通信连接方式丰富，如图4所示，包括高速差分连接、USB连接、RS232连接、Ethernet连接、JTAG/GPIO连接、SDHC连接、RS485连接、SPI连接、IIC连接、PCIe连接和SATA连接等。各模块之间可根据需要选择通信连接方式。

并且，综合航电核心处理机的外设接口也很丰富，在输入输出模块设置有FC-AE-1553接口、USB接口、RS232接口、JTAG/GPIO接口和Ethernet接口。在上述通信接口处均设计了ESD保护电路进行接口保护。

在上述基础上，还可以根据需要设置显示模块、机器学习模块和其它扩展模块，增加整机的实用性。

优选的，综合航电核心处理机的尺寸为100mm×100mm×120mm。

本发明采用高密度、小尺寸的模块化结构构成低成本凑紧型分布式系统，具有低耦合、易扩展的特点；各模块通过扩展槽固定，可实现即插即用的功能；处理机外设接口丰富可兼容目前主流的航电外设设备，采用统一标准的接口，提供统一的安装方式，可方便各部分硬件的拆装、更换和维修，保证了系统的通用性，可根据不同需求定制快速成型。

Claims

1.一种微型综合航电核心处理机，包括机箱，其特征在于，所述机箱内设置有依次通信连接的输入输出模块、光纤总线模块、滤波电源模块、核心处理模块、存储模块和扩展模块，所述核心处理模块还通过背板电路分别与光纤总线模块、滤波电源模块、输入输出模块、存储模块和扩展模块连接，所述输入输出模块通过机内统一光纤总线与各外设分系统连接；

2.根据权利要求1所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，所述核心处理模块通过VxWorks 653操作系统对各外设分系统数据进行分区设置，每个区域分系统数据通过订阅-发布机制进行分区通信。

3.根据权利要求2所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，所述核心处理模块采用PowerPC架构的T1042多核处理器，包括VxWorks 653操作系统、VxWorks操作系统和Linux操作系统。

4.根据权利要求1所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，所述核心处理模块、光纤总线模块、滤波电源模块、输入输出模块和存储模块均通过设置的标准扩展槽固定在机箱内。

5.根据权利要求1所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，所述统一光纤总线包括MIL-STD-1553C总线和/或FC-AE-1553总线。

6.根据权利要求1所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，所述外设分系统包括起落架、舵面控制器、大气传感器、导航模块、发动机、数传电台、燃油管理、液压管理和电源管理系统。

7.根据权利要求1所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，所述通信连接包括高速差分连接、USB连接、RS232连接、Ethernet连接、JTAG/GPIO连接、SDHC连接、RS485连接、SPI连接、IIC连接、PCIe连接和SATA连接。

8.根据权利要求1所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，所述输入输出模块设置有FC-AE-1553接口、USB接口、RS232接口、JTAG/GPIO接口和Ethernet接口。

9.根据权利要求1所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，还包括显示模块、机器学习模块和其它扩展模块。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种微型综合航电核心处理机，其特征在于，所述综合航电核心处理机的尺寸为100mm×100mm×120mm。