FR2996657A1

FR2996657A1 - Organe electrique generique configurable

Info

Publication number: FR2996657A1
Application number: FR1259629A
Authority: FR
Inventors: Jean-Francois Agier; Jean-Luc Manca
Original assignee: Sagem Defense Securite SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-04-11
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: EP2907040A1; WO2014056803A1; CN104718539A; US20150241874A1; CA2887371A1; FR2996657B1; RU2015116246A; BR112015007730A2

Abstract

Organe électrique générique configurable comportant des moyens de traitement pour mettre en œuvre au moins une fonction configurée, les moyens de traitement comportant une unité de traitement 4, des blocs fonctionnels 22 prédéfinis étant implémentés dans l'unité de traitement 4, l'unité de traitement 4 comportant un module de mémoire 5 agencé pour stocker des données de configuration 25, caractérisé en ce que l'unité de traitement 4 comporte des moyens de routage 30 agencés pour connecter les blocs 22 et organiser des échanges de données entre les blocs 22, 28, 29 selon des données d'interconnexion 25b comprises dans les données de configuration 25 stockées dans le module de mémoire 5.

Description

L'invention concerne un organe électrique générique configurable comportant des moyens de traitement pour mettre en oeuvre différentes applications. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Le développement de l'avion « plus électrique » est un des enjeux majeurs des politiques de recherche et d'innovation mises en oeuvre par l'industrie aéronautique. L'énergie électrique offre de nombreux avantages par rapport à l'énergie mécanique, hydraulique ou pneumatique, parmi lesquels une intégration des équipements améliorée, des coûts de maintenance réduits, une simplification d'utilisation, une réduction de masse, etc. Les grands programmes civils ou militaires représen- tent des opportunités pour introduire des évolutions technologiques permettant de remplacer des systèmes tra- ditionnels par des systèmes électriques. On peut citer parmi les évolutions les plus marquantes l'introduction, sur des avions civils, de commandes de vol électriques, de frein électrique, etc.

Le développement des systèmes électriques a entraîné une multiplication des actionneurs électromécaniques qui, pour fonctionner, nécessitent notamment des organes de commande et des organes de conversion de puissance. Les organes de commande sont utilisés pour piloter des ondu- leurs associés aux moteurs électriques des actionneurs électromécaniques, en fonction de consignes et de mesures diverses (position du rotor, vitesse angulaire, etc.). Les organes de conversion de puissance, quant à eux, sont utilisés pour fournir des tensions d'alimentation conti- nue (28 Volts par exemple) ou alternative (115/200 Volts - 400 Hertz par exemple) aux équipements électriques. Ces organes de commande et de conversion mettent généralement en oeuvre des asservissements qui nécessitent d'acquérir des mesures réalisées par des capteurs de position li- néaire ou angulaire, de vitesse, de courant, de tension, etc. Chaque application requiert des organes de commande et des organes de conversion de puissance ayant un cer- tain nombre de caractéristiques dépendant de l'application (élaboration des lois de commande, surveillance, etc.). Pour chaque nouvelle application, il est donc nécessaire de réaliser de nouveaux équipements, ce qui représente un coût important en termes de développe- ment, de certification et de fabrication des équipements, et introduit des incertitudes quant à la performance de ces nouveaux équipements en termes de sécurité et de fiabilité. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de réduire les coûts et les durées de développement des systèmes électriques tout en améliorant leur fiabilité. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un organe électrique générique configurable comportant des moyens de traitement pour mettre en oeuvre au moins une fonction configurée, les moyens de traitement comportant une unité de traitement, des blocs mémoire et des blocs fonctionnels prédéfinis étant implémentés dans l'unité de traitement, l'unité de traitement comportant un module de mémoire agencé pour stocker des données de configuration. Selon l'invention, l'unité de traitement comporte des moyens de routage agencés pour organiser des échanges de données entre les blocs selon des données d'interconnexion comprises dans les données de configura- tion stockées dans le module de mémoire. Ainsi, il est possible d'utiliser un organe électri- que déjà développé, qualifié et certifié pour réaliser une nouvelle fonction, uniquement en modifiant les don- nées de configuration transmises aux moyens de routage de l'unité de traitement. Les moyens de routage interconnectent, paramètrent et commandent alors les blocs fonctionnels prédéfinis de manière à réaliser la fonction configurée requise. Ceci permet de : réduire les coûts de conception, car les blocs fonctionnels, déjà réalisés, sont réutilisés ; réduire les coûts associés aux activités de validation, vérification, certification, car celles-ci, pour la nouvelle fonction, ne concernent que les nouvelles données de configuration ; et réduire les in- certitudes quant aux performances de l'équipement, car les performances des unités de traitement et des blocs fonctionnels ont déjà été éprouvées. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un organe électrique générique configurable de l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement une architecture d'un FPGA et d'un microcontrôleur de l'organe électrique de l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement la manière dont est configuré l'organe électrique pour réali- ser une fonction configurée. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, un organe électrique gé- nérique 1 configurable de l'invention comprend un boîtier 2 dans lequel est montée au moins une carte électrique 3. Cette carte électrique 3 comporte des composants électriques parmi lesquels un FPGA 4 (pour « Field-Programmable Gate Array », qui peut être traduit en français par « réseau prédiffusé programmable ») de type SRAM (pour « Sta- tic Random Access Memory », qui peut être traduit en français par « mémoire vive statique » ) implémentant l'invention comprenant un espace de mémoire vive 5 relié à une mémoire non volatile 6 située dans un composant externe au FPGA (il serait néanmoins possible de prévoir une mémoire intégrée au FPGA). La carte électrique 3 com- porte aussi un microcontrôleur 7 comprenant un processeur 80 et un espace de mémoire non volatile 81, un module d'alimentation 8, des composants d'horloge 9, 10, des composants d'interface de communication 11, et des compo- sants d'interface d'acquisition analogique 12. Le module d'alimentation 8 de la carte électrique 3 est connecté à une source d'alimentation externe 13 et est agencé pour alimenter les composants de la carte électrique 3 en fournissant une ou plusieurs tensions d'alimentation appropriées. Les composants d'horloge 9, 10 comprennent deux oscillateurs à quartz 14, 15, qui fournissent un signal d'horloge stabilisé respectivement au FPGA 4 et au microcontrôleur 7. Les composants d'interface de communication 11, qui comprennent notam- ment un composant émetteur-récepteur 16 d'une liaison de type liaison ARINC429, sont utilisés pour mettre en forme des signaux numériques échangés entre le FPGA 4, le microcontrôleur 7 et un premier ensemble d'équipements externes 17 à l'organe électrique 1. Les composants d'interface d'acquisition analogique 12, qui comprennent un convertisseur analogique-numérique 18, sont agencés pour permettre au FPGA 4 et au microcontrôleur 7 de contrôler un deuxième ensemble d'équipements externes 20, et d'avoir accès à des mesures réalisées par un ensemble de capteurs externes 19 connectés au deuxième ensemble d'équipements externes 20. L'organe électrique 1 de l'invention peut être configuré pour réaliser une fonction de commande d'un moteur électrique d'un actionneur électromécanique, ou une fonction de conversion de puissance permettant de conver- tir une tension continue ou alternative en une tension continue ou alternative (on pourrait alors avoir une conversion continue - continue, continue - alternative, alternative - alternative ou alternative - continue).

Dans ce but, en référence à la figure 2, des blocs fonctionnels 22 prédéfinis sont implémentés dans le FPGA 4. Par « implémentés », on entend que les blocs fonctionnels 22 du FPGA 4 sont codés par des codes programmés rangés dans des zones de mémoire associés au FPGA 4, et exécutés par le FPGA 4 pour réaliser des opérations. Pour un FPGA, l'exécution consiste à assembler des cellules logiques élémentaires qui le composent, et donc à implanter physiquement une fonction logique. Pour configurer l'organe électrique 1, un utilisa- teur doit tout d'abord charger un programme de configura- tion générale 43 dans l'espace de mémoire non volatile 81 du microcontrôleur 7. Ce programme de configuration générale 43 contient des instructions de configuration 25 du FPGA 4. Ce programme de configuration générale 43 est mo- difiable par l'utilisateur, et permet de définir la fonc- tion qui sera réalisée par l'organe électrique 1. Au démarrage de l'organe électrique 1, les instructions de configuration 25 du FPGA 4 sont chargées par le microcontrôleur 7 dans l'espace de mémoire vive 5 du FPGA 4 via un contrôleur de mémoire 26 qui gère tous les échanges de données avec l'espace de mémoire vive 5 du FPGA 4. Parmi les instructions de configuration 25 du FPGA 4, on trouve des données de commande 25a, des données d'interconnexion 25b, et des données de paramétrage 25c. Les données de commande 25a sont stockées dans une première zone de mémoire 27 de l'espace de mémoire vive 5 du FPGA 4, les données d'interconnexion 25b et de paramétrage 25c sont stockées dans une seconde zone de mémoire 28 dédiée aux échanges entre le FPGA 4 et le microcontrô- leur 7. L'espace de mémoire vive 5 du FPGA 4 comporte en outre une troisième zone de mémoire 29 pour stocker des données échangées 47 lors de la mise en oeuvre de la fonction configurée. L'espace de mémoire vive 5 acquiert alors les blocs fonctionnels 22 non paramétrés du FPGA 4.

Dans le FPGA 4, la mise en oeuvre de la fonction configurée à partir des blocs fonctionnels 22 du FPGA 4 est réalisée par un routeur 30 relié à un séquenceur 31, lui-même connecté au composant d'horloge 9 du FPGA 4. Le routeur 30 interconnecte les blocs de contrôle 22a et d'interface 22b selon les données d'interconnexion 25b. Le routeur 30 est commandé par les données de commande 25a pour activer les blocs 22 de manière à ce que les blocs 22 exécutent leur opération, et pour mettre en oeuvre les échanges de données entre les blocs 22 afin de réaliser la fonction configurée. Le routeur 30 comporte des moyens de gestion 32, dont le rôle est d'autoriser ou de refuser l'activation des blocs 22 selon des paramètres fournis par le microcontrôleur 7. Les blocs fonctionnels 22 prédéfinis sont paramétrés par le routeur 30 selon les données de paramétrage 25c pour que l'opération qu'ils réalisent corresponde à la fonction configurée. Le routeur 30 est séquencé par le séquenceur 31 selon une cadence variable et paramétrable définie dans les données de paramétrage 25c.

Les blocs fonctionnels 22 comprennent des blocs de contrôle 22a et des blocs d'interface 22b. Les blocs de contrôle 22a sont des blocs qui agissent sur des signaux pour les transformer. Parmi les blocs de contrôle 22a, on trouve par exemple des blocs de transformation de repère, des blocs de filtrage, etc. Les blocs d'interface 22b, eux, sont destinés à acquérir ou générer des signaux. Parmi les blocs d'interface 22b, on trouve par exemple des blocs de conversion analogique numérique ou numérique analogique, dont les fréquences d'échantillonnage ou les résolutions sont paramétrables, etc. Chaque bloc fonctionnel 22 est donc prévu pour réaliser une opération. Ces blocs fonctionnels 22 sont indépendants, c'est-à-dire qu'ils n'ont pas besoin d'être associés à d'autres blocs pour réaliser l'opération pour laquelle ils sont prévus. Ces blocs sont de plus paramétrables, c'est-à-dire qu'il est possible d'adapter l'opération réalisée à la fonction prévue, par exemple en modifiant des valeurs de seuils, de tension de sortie, de fréquence, etc. Ainsi, en utilisant des blocs fonctionnels prédéfinis stockés dans des mémoires non volatiles d'un FPGA, on peut générer différents algorithmes pour réaliser des fonctions particulières en modifiant uniquement des don- nées de configuration que l'on fournit au microcontrô- leur, et donc sans modifier le code du FPGA. La mise en oeuvre d'une fonction particulière est schématisée à la figure 3. Il s'agit ici d'une fonction de commande d'un moteur électrique 33 d'un actionneur électromécanique 34. Le moteur électrique 33 est de type synchrone, sans balais et à aimants permanents. Cet actionneur électromécanique 34 permet de déplacer linéairement une tige 35 de verrou électromécanique. Ce type de verrou peut être utilisé pour verrouiller des inverseurs de poussée en vol dans le but d'éviter qu'ils ne s'ouvrent intempestivement. L'organe électrique 1 est commandé pour piloter le moteur électrique 33 et positionner la tige 35 de l'actionneur 34 en fonction d'une consigne de position transmise au microcontrôleur 7 via les composants d'interface de communication 11. L'organe électrique 1 est de plus connecté, via les composants d'interface d'acquisition analogique 12, à un onduleur 36 pilotant le moteur électrique 33, ainsi qu'à un capteur de position angulaire 37 du rotor du moteur électrique 33, ici un capteur de type résolveur, et à un capteur de position linéaire 38 de la tige 35. L'onduleur 36 est alimenté par une source de tension continue 39. La fonction de commande est réalisée par une boucle de régulation 41 mise en oeuvre par le FPGA 4 avec cer- tains des blocs fonctionnels 22 du FPGA 4. La boucle de régulation 41 du FPGA 4 est traduite par l'utilisateur en un diagramme d'état 42 (flèche en pointillés Fl) puis transformée en instructions de confi- guration 25 (flèche en pointillés F2). Ces données, qui comprennent des données de commande 25a, des données d'interconnexion 25b et des données de paramétrage 25c, sont alors stockées dans l'espace de mémoire non volatile 81 du microcontrôleur 7 (flèche en pointillés F3), puis transmises à l'espace de mémoire vive 5 du FPGA 4 (flèche en pointillés F4) puis au routeur 30 du FPGA 4 (flèche en pointillés F5) qui, à une cadence imposée par le séquenceur 31, met en oeuvre la boucle de régulation du FPGA. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisa- tion particuliers qui viennent d'être décrits, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications. Bien que l'on ait choisi d'illustrer l'invention en utilisant un FPGA, il possible d'utiliser à la place du FPGA un composant de type ASIC (pour « Application- Specific Integrated Circuit », qui peut être traduit en français par « Circuit intégré propre à une application ») agencé pour être configurable. Bien que l'on ait choisi d'utiliser un microcontrô- leur intégré dans l'organe électrique pour charger les instructions de configuration dans le FPGA, il aurait été possible d'utiliser un composant différent. Il aurait aussi été possible de prévoir de charger ces instructions de configuration depuis un équipement extérieur à l'organe électrique.

Bien que l'on ait indiqué que les moyens de gestion sont compris dans le routeur du FPGA, ceux-ci pourraient être localisés autre part, et notamment dans le micro-contrôleur ou tout autre composant utilisé pour charger les instructions de configuration dans le FPGA. La liste des blocs fonctionnels fournie n'est bien sûr pas exhaustive, tout comme la liste des composants présents sur la carte électrique de l'organe électrique. Il est aussi possible de prévoir de monter ces composants sur plusieurs cartes électriques.

Claims

REVENDICATIONS1. Organe électrique générique configurable comportant des moyens de traitement pour mettre en oeuvre au moins une fonction configurée, les moyens de traitement comportant une unité de traitement (4), des blocs mémoire (28, 29) et des blocs fonctionnels (22) prédéfinis étant implémentés dans l'unité de traitement (4), l'unité de traitement (4) comportant un module de mémoire (5) agencé pour stocker des données de configuration (25), caracté- risé en ce que l'unité de traitement (4) comporte des moyens de routage (30) agencés pour organiser des échanges de données entre les blocs (22, 28, 29) selon des données d'interconnexion (25b) comprises dans les données de configuration (25) stockées dans le module de mémoire (5).
2. Organe électrique générique configurable selon la revendication 1, dans lequel les moyens de routage (30) sont commandés par des données de commande (25a) comprises dans les données de configuration (25).
3. Organe électrique générique configurable selon la revendication 1, dans lequel les blocs fonctionnels (22) sont activés par des données de commande (25a) comprises dans les données de configuration (25).
4. Organe électrique générique configurable selon la revendication 1, dans lequel les moyens de routage (30) sont en outre agencés pour paramétrer les blocs fonctionnels (22) selon des données de paramétrage (25c) comprises dans les données de configuration (25).
5. Organe électrique générique configurable selon la revendication 1, dans lequel l'unité de traitement (4) comporte en outre des moyens de synchronisation (31) agencés pour séquencer les moyens de routage (30) selon une cadence paramétrable.
6. Organe électrique générique configurable selonla revendication 1, dans lequel l'unité de traitement (4) comporte en outre des moyens de gestion (32) agencés pour autoriser ou refuser une activation des blocs fonctionnels (22).
7. Organe électrique générique configurable selon la revendication 1, dans lequel l'unité de traitement (4) comporte au moins un FPGA (4).
8. Organe électrique générique configurable selon la revendication 1, dans lequel l'unité de traitement (4) comporte au moins un ASIC.
9. Organe électrique générique configurable selon la revendication 1, dans lequel l'unité de traitement (4) est agencée pour mettre en oeuvre une fonction de commande d'un moteur électrique (33).
10. Organe électrique générique configurable se- lon la revendication 1, dans lequel l'unité de traitement (4) est agencée pour mettre en oeuvre une fonction de conversion d'une tension continue ou alternative en une tension continue ou alternative.