JP2009516275A - 航空機のモジュール式アビオニクス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機の個別の位置に配置され、ネットワークで相互接続するいくつかのキャビネットを備えているモジュラ・アビオニクス装置において、キャビネットが、センサに出し入れされる制御または処理信号のために使用され、航空機のアクチュエータおよび他のシステムにおいて、システムがパラレルプロセッサ（例えばトランスピューター）を備えることを提案する。
【解決手段】キャビネットは、少なくとも２つのコアプロセッサモジュール（ＣＰＭ１、ＣＰＭ２）と、少なくとも２つの入出力モジュール（ＩＯＭ１、ＩＯＭ２）とを備える。
入出力モジュール（ＩＯＭ１、ＩＯＭ２）は、制御されるシステムに、インタフェースとして用いられ、キャビネットとの間で流入または流出するデータの制御および中間記憶装置のために用いられる。
各コア・プロセッサーモジュール（ＣＰＭ１、ＣＰＭ２）は、リンクを経由して独立して各ＩＯＭモジュールおよびＣＰＭモジュールと通信する。
各コアプロセッサにおいて、多くの独立システムプログラムは、オペレーティングシステムの制御の下で機能する。
従来システムにおいて必要とされるバックプレーンバスなしで済ますことが可能になり、効率が強化され、応用装置を変更することが容易になる。
【選択図】図２

Description

［関連出願の参照］
本出願は、２００５年１１月１８日に出願の独国特許出願第１０ ２００５ ０５５ ０００．２号明細書の出願日の利益を主張するものであり、その開示は参照によって本明細書に援用されている。

本発明は、請求項１の特徴をなす部分による、航空機のモジュール式アビオニクス装置に関する。

現在、航空機において使用されるアビオニクスアーキテクチャは、Ａｒｉｎｃ７００に従う規格に基づく。
これらの規格によると、アビオニクス装置の製造業者は、機能ごとにライン交換可能ユニット（ＬＲＵ）に収容する特別注文の制御装置を提供する。
従って、各ＬＲＵは、以下の部品、すなわち電源と、プロセッサと、入出力モジュールと、その他とを備える。

統合したモジュール式アビオニクスを用いて、いくつかの作業のためにマイクロプロセッサの計算能力を利用すること（リソースシェアリング）によって、統合を改善することが可能になる。
部品数の削減および部品の標準化は、更なる利点がある。

公知のＩＭＡ（統合したモジュール式アビオニクス）アーキテクチャは、航空機の様々な場所において、いくつかのキャビネットを提供する。
すべてのモデルは、データ交換のために、バックプレーンバス（Ａｒｉｎｃ６５９、現在はハネウェル社によるＳＡＦＥバス）によって相互接続する。

様々な機能のセンサデータは、入力モジュールおよびバックプレーンバスによってコアプロセッサに送られる。
コアプロセッサにおいて、オペレーティングシステムは、どのシステムソフトウェア（アプリケーション）をいつ使用すべきかを決定する。
データは、関連ソフトウェアに直接に送信される。
処理の完了後、データは、データがアクチュエータまたは他のシステムに送信される場所から、バックプレーンバスを介して、出力モジュールに送り返される。

キャビネットは、ネットワーク（Ａｒｉｎｃ６２９）において相互接続する。

この解決策において、バックプレーンバスは、ボトルネックを代表する。
崩壊を防止するためには、送信のために決定論的にデータを決定しなければならない。

これらの問題を管理するためにいくつかの解決策が試みられており、それらは公知である。
例えば、米国特許第５，５０６，９６３号明細書において、プロセッサ用に指定した時間枠のタイムスライスを管理するコプロセッサを使用するという点で、リアルタイムプロセッサシステムを実現している。
これらのタイムスライスは、異なる所要時間であり、１つまたはいくつかの設置されたレイアウトへの割り振りが、機能／アプリケーションによって決定される。
この解決策において、中心データバスは、決定論的なデータトラフィックと共に使用される。
データトラフィックを設定するツールが必要であり、データ衝突が生じる場合があり、機能の変更は、同時にバスデータ構造が適合する場合のみに可能である。

米国特許第４，６５８，３５９号明細書によると、複雑なアビオニクス装置における複数のコンピュータを管理するために、コンピュータを使用する。
従って、シングルユーザは、１つの表示画面から複数の機能／アプリケーションを処理することができる。
ここで、実行コンピュータによる通信システムのアプリケーションの操作および変更は、最前面において行われる。
トランスピュータを有する統合したモジュール式アビオニクス装置としての使用方法は考慮されていない。

米国特許第５，３６１，３６７号明細書によると、多数の単一命令多重データ（ＳＩＭＤ）プロセッサが、１つのコンピュータに収容される。
２セットでそれぞれ３つずつの個々のプロセッサは、マスタコンピュータによって制御し、複数のレジスタに接続する。
これらのＳＩＭＤプロセッサは、データ交換のために連結することによって、環状配置またはパイプライン配置を構成する。
これは高速プロセッサである。
しかしながら、データ転送速度が高い場合、およびタスクが分散する場合に、データバスの問題が残る。

欧州特許第０５７０７２９ Ａ２号明細書によると、個々のチップは、立方体トポロジによって連結する８つのプロセッサを収納する。
従来のマイクロプロセッサと比較すると、ピンが少なく、記憶時間が短くなっている。
ここでもやはり、解決策は高速プロセッサチップに改善を加えることである。

従って、本発明の目的は、決定論的なデータトラフィックを実装することによって中心データバスを使用せず、考慮するデータバスにおいてデータ衝突が生じることがない、モジュール式アビオニクス装置を設計することである。

この目的は、請求項１による手段によって達成される。適切な実施形態は、請求項２によって提供される。

本発明によって、パラレルプロセッサ（例えばトランスピュータ）を備えるシステムを提案する。

キャビネットは、少なくとも２つのコアプロセッサモジュール（ＣＰＭ１、ＣＰＭ２）と、少なくとも２つの入出力モジュール（ＩＯＭ１、ＩＯＭ２）とを備える。
入出力モジュール（ＩＯＭ１、ＩＯＭ２）は、制御すべきシステムに対するインタフェースとして機能し、キャビネットとの間に流れるデータの制御および中間記憶装置として動作する。
各コアプロセッサモジュール（ＣＰＭ１、ＣＰＭ２）は、リンクによって各ＩＯＭモジュールおよびＣＰＭモジュールと独立して通信する。
各コアプロセッサにおいて、オペレーティングシステムの管理下で、多くの独立システムプログラムが動作する。

パラレルプロセッサ（例えばトランスピュータ）を用いることによって、バックプレーンバスに代表されるボトルネックがもはや存在しなくなる。なぜなら、これらのパラレルプロセッサは、独立した直接データ線（リンク）によっていくつかのプロセッサと通信することができるからである。

本発明に関するさらなる詳細を図面に示す。図面はそれぞれ、従来技術と本発明とを示す。

図１による公知のＩＭＡ（統合したモジュール式アビオニクス）アーキテクチャは、航空機の様々な場所において、いくつかのキャビネットを提供する。
各キャビネットは、以下のモジュール、すなわち電源モジュール（ＰＳＭ）と、入出力モジュール（ＩＯＭ）と、コア処理モジュール（ＣＰＭ）とを備える。
すべてのモジュールは、電源から電力を受信し、バックプレーンバス（Ａｒｉｎｃ６５９、すなわちハネウェル社によるＳＡＦＥバス）によって、データ交換のために相互接続する。

様々な機能のセンサデータは、入力モジュールおよびバックプレーンバスによってコアプロセッサに送信される。
コアプロセッサにおいて、オペレーティングシステムは、どのシステムソフトウェア（アプリケーション）をいつ使用すべきかを決定する。
データは、関連ソフトウェアに直接に送信される。
処理の完了後、データは、データがアクチュエータまたは他のシステムに送信される場所から、バックプレーンバスを介して、出力モジュールに送り返される。
キャビネットは、ネットワーク（Ａｒｉｎｃ６２９）において相互接続する。

この解決策において、バックプレーンバスは、ボトルネック（狭い通路）を代表する。
崩壊を防止するためには、送信のために決定論的にデータを決定しなければならない。

そのようなバックプレーンバスのためのニーズを取り除き、関連するボトルネックをこのように回避するために、キャビネット用のアーキテクチャを提案する。そのアーキテクチャは、パラレルプロセッサ（例えばトランスピュータ）に基づく。
図２によるＩＭＡアーキテクチャは、この構成を示す。

冗長性を目的として、キャビネットは、少なくとも２つのコアプロセッサモジュール（ＣＰＭ１、ＣＰＭ２）と、少なくとも２つの入出力モジュール（ＩＯＭ１、ＩＯＭ２）とを備える。
ＩＯＭは、センサ、アクチュエータ、システム、およびバスに対する、インタフェースとして使用する。
これらは、キャビネットとの間におけるデータの制御および中間記憶装置の役割を担う。

各コアプロセッサは、リンクによって、各ＩＯＭモジュールおよびＣＰＭモジュールと独立して通信する。
ＣＰＭにおいて、オペレーティングシステムの管理下で、多くの独立システムプログラムが動作する。

従来技術と比較すると、トランスピュータに基づくこのアーキテクチャは、以下の利点を提供する。
１．中心データバスおよび双方向データバスを使用せず、単方向データバスのみを使用するので、バスにおいてデータ衝突が生じない。
２．決定論的なデータトラフィックの設計のためツールを必要としない。
３．バスデータ構造の変更を必要とすることなく、アプリケーションにおける変更が可能である。

従来技術によるＩＭＡキャビネットの概略構成を示す図である。 本発明による構成を示す図である。

Claims (2)

1. 航空機の個別の位置に配置され、ネットワークで相互接続される、キャビネットに備える航空機のモジュラ・アビオニクス装置において、
   キャビネットは、前記航空機のセンサ、アクチュエータおよび他のシステムから送信される、制御または処理信号のために使用され、前記システムは、パラレルプロセッサを備え、
   前記キャビネットは、少なくとも２つのコアプロセッサモジュール（ＣＰＭ１、ＣＰＭ２）と、少なくとも２つの入出力モジュール（ＩＯＭ１、ＩＯＭ２）とを備え、
   前記入出力モジュール（ＩＯＭ１、ＩＯＭ２）は、制御される前記システムに対してインタフェースとして機能し、前記キャビネットに流入または流出するデータについての前記制御および中間記憶装置として動作し、
   各ＩＯＭモジュールおよびＣＰＭモジュールを有し、一方向性の分離した直接的なデータラインを経由して、各コアプロセッサモジュール（ＣＰＭ１、ＣＰＭ２）が独立して通信し、
   各コアプロセッサモジュールにおいて、オペレーティングシステムの管理下で、多くの独立システムプログラムが動作する、ことを特徴とするモジュラ・アビオニクス装置。
2. 前記システムの特徴とする構成は、パラレルプロセッサの代わりとみなされるトランスピュータによって実現される、ことを特徴とする請求項１に記載のモジュラ・アビオニクス装置。

Images