KR101206823B1 - 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 헬리콥터의 임무탑재장비 통합 및 제어, 데이터 입력 및 처리, 다기능시현기 및 통제시현장치를 통하여 전자지도를 포함한 항법, 비행 정보 등의 시현 기능을 제공한다. 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템은 프리스케일사 PowerPC 7447A 프로세서를 사용하는 3개의 단일보드컴퓨터(SBC)를 채택하였으며, 단일보드컴퓨터와 요구된 기능을 수행하는 PMC(PCI Mezzanine Card)의 장착 종류에 따라 시스템 프로세서 모듈, 그래픽 프로세서 모듈, 전자지도모듈로 구분하여 기능을 할당하였으며, VME64 버스 백플레인 마더보드; 1553 먹스통신 및 통제시현장치에 2채널 그래픽 생성기능을 제공하는 시스템프로세서 모듈; 다기능시현기 4채널에 그래픽 생성기능을 제공하는 그래픽 프로세서 모듈; 대용량 메모리에 전자지도 데이터를 탑재하며, 다기능시현기에 2채널 그래픽 생성기능을 제공하는 전자지도 프로세서 모듈; DVI 영상출력신호를 선택하는 비디오입출력모듈; 각종 직렬신호와 디스크리트 입출력 신호를 처리하는 입출력모듈; ARINC-429 직렬신호와 디스크리트 입출력 신호를 처리하는 비행필수정보용 입출력모듈; 전원공급모듈; 및 비행운용 프로그램인 OFP가 임무컴퓨터 하드웨어를 제어하는 디바이스 드라이버 및 라이브러리를 포함하는 펌웨어로 구성된다.

Description

헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 및 그 방법{ Integrated mission computer hardware system for carrying out a mission of helicopter and method thereof}
본 발명은 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 한국형 헬기에 탑재되어 임무탑재장비 통합 및 제어, 데이터 입력 및 처리, 다기능시현기 및 통제시현장치를 통해 전자지도를 포함한 항법, 비행 정보 등의 시현 기능을 제공하는, 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
기존의 유사 항공기 및 헬기 등의 플랫폼은 임무수행을 위해 임무컴퓨터 하드웨어를 개발하여 사용하고 있다. 항공기 및 헬기 개발에서는 전체 시스템의 성능을 위하여 각각의 개발되는 장비의 소비전력 및 중량등의 관리를 수행하고 있으며, 이에따라 미국의 노드롭 그루만사에서 개발한 미 해병대용 헬기에 장착된 임무컴퓨터의 경우, 중량은 20Kg이고 소비전력은 300W 정도 소모하며, 생성되는 그래픽 채널 수는 단지 2채널로 제한적이다.
따라서, 기존 항공기 및 헬기 등의 플랫폼은 유사한 중량과 소비전력을 소모하면서도 플랫폼의 운용 요구조건을 충족시키기 위한 다양한 입출력 인터페이스 및 다채널 그래픽 생성을 제공하는 임무컴퓨터 하드웨어 시스템의 개발이 요구된다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 한국형 헬리콥터의 임무를 수행시 해외 유사무기체계 임무컴퓨터 하드웨어의 중량 및 소비전력 범위내에서 임무탑재장비 통합 및 제어, 데이터 입력 및 처리, 다기능시현기 및 통제시현장치를 통해 전자지도를 포함한 항법, 비행 정보 등의 시현 기능을 제공하는, 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 설계 방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템은, 단일보드컴퓨터(SBC:Single Board Computer)와 요구된 기능을 수행하는 PMC(PCI Mezzanine Card)의 장착 종류에 따라 시스템 프로세서 모듈, 그래픽 프로세서 모듈, 전자지도 프로세서 모듈로 구분하여 기능을 할당하였으며, 프로세서간 병렬통신 버스 규격인 VME(Versa Module Eurocard)의 중요한 부분인 버스요청과 버스허가 및 인터럽트를 지원하는 VME64 버스 백플레인 마더보드; 1553 먹스통신 및 통제시현장치에 2채널 그래픽 생성기능을 제공하는 시스템프로세서 모듈; 조종사에게 필요한 다양한 정보를 시현하도록 다기능시현기에 4채널의 그래픽 생성기능을 제공하는 그래픽 프로세서 모듈; 대용량 메모리에 전자지도 데이터를 탑재하며, 다기능시현기에 2채널의 그래픽 생성기능을 제공하는 전자지도 프로세서 모듈; DVI(Digital Visual Interface) 영상출력신호를 선택하는 비디오 입출력모듈; 각종 직렬신호와 디스크리트 입출력 신호(ON/OFF 및 장비들의 동작 상태 신호)를 처리하는 입출력모듈; ARINC-429 직렬신호와 디스크리트 입출력 신호를 처리하는 비행필수정보용 입출력모듈; 및 전원공급 기능을 제공하는 전원공급모듈로 구성되고, 비행운용 프로그램인 OFP(Operational Flight Program)가 헬리콥터의 임무컴퓨터 하드웨어를 제어하는 디바이스 드라이버 및 라이브러리를 포함하는 펌웨어로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템의 운용 방법은, (a) 헬리콥터의 임무수행을 위한 임무컴퓨터에 전원을 인가하면, Power Up 모드로 임무컴퓨터 하드웨어의 부트로더가 실행되고, 실시간 운용체계 이미지를 로딩하는 단계; (b) 비행운용 프로그램(OFP:Operational Flight Program)이 실행되는 정상모드로 진입하기 전에, 운용 소프트웨어를 로딩이 필요한 경우, 프롬프트상에서 로딩 여부를 결정하여 일반 PC인 호스트가 존재하고 일정한 지연시간(Delay Time)내에 키 입력이 있으면, 부트로더 프롬프트에서 부팅관련 파라미터를 수정하여 운용 소프트웨어를 업데이트 시킨 후 실시간 운용체계인 VxWorks 이미지를 로딩하는 단계; 및 (c) 상기 임무컴퓨터로 전원 인가 후, 초기화 모드로 진입하여 실시간 운영체계(VxWorks)가 부팅되어 각 디바이스 드라이버와 라이브러리 및 기타 펌웨어를 로딩하며, 1553 PMC(PCI Mezzanine Card), 그래픽 PMC, 대용량 메모리 PMC와 비디오 입출력 모듈, 입출력 모듈, 비행필수정보용 입출력 모듈의 상기 임무컴퓨터의 하드웨어를 초기화하며, 전원 스위치를 이용하여 전원을 인가한 경우인 Cold Start 여부를 결정하여 Power Up BIT(PBIT:자체고장점검)을 수행하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 및 그 설계 방법은 한국형 헬기에 탑재되는 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 설계 기술을 사용하여 헬리콥터의 임무탑재장비 통합 및 제어, 임무수행에 필요한 데이터 입력 및 처리, 다기능시현기 및 통제시현장치를 통해 전자지도를 포함한 항법, 비행 정보 등의 시현 기능을 수행하게 되었다.
도 1은 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 외형도이다.
도 2는 본 발명에 따른 헬리콥터의 임무수행을 위한 임무컴퓨터 하드웨어 내부 구성도이다.
도 3은 임무컴퓨터 하드웨어를 구동시키는 보드지원패키지(BSP), 실시간 운용체계, 디바이스 드라이버를 포함하는 펌웨어의 구성도이다.
도 4는 헬리콥터의 임무컴퓨터에서 운용소프트웨어 시작전까지 임무컴퓨터 하드웨어 시스템에서 동작하는 임무컴퓨터 부팅 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 1은 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어(100) 외형도이다.
헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어는 헬리콥터의 중앙 통제 및 그래픽 생성을 위한 중앙통제 컴퓨터로써 헬리콥터에 2대가 설치되고, 1553 버스를 통해 헬기에 장착된 각 종 임무통제 장비들로부터 신호를 처리한다. 임무컴퓨터 하드웨어는 듀얼(Dual)로 동작 가능하며, 하나의 임무컴퓨터가 고장나더라도, 백업 용도의 동일한 기능의 다른 하나의 임무컴퓨터로 헬리콥터의 임무 수행 기능을 제공한다.
통합형 임무컴퓨터 하드웨어는 한국형 헬기에 2대가 장착되어 이중화로 운용되어 시스템 수준에서 신뢰도가 향상되도록 하였다.
본 발명에 따른 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템은 헬리콥터의 임무탑재장비 통합 및 제어, 데이터 입력 및 처리, 다기능시현기 및 통제시현장치를 통하여 전자지도를 포함한 항법, 비행 정보 등의 시현 기능을 제공한다. 본 발명의 특징인 임무컴퓨터 하드웨어 시스템은 다양한 인터페이스와 요구사항 변경에 신속한 적응 및 변경이 가능하도록 개방형 구조를 갖도록 설계하였다.
도 2는 본 발명에 따른 헬리콥터의 임무수행을 위한 임무컴퓨터 하드웨어 내부 구성도이다. 도 2 의 구성도를 참조하여 헬리콥터의 임무컴퓨터의 각 내부 모듈의 기능을 설명한다.
헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템은 프로세서를 사용하는 3개의 단일보드컴퓨터(SBC, Single Board Computer)를 채택하였으며, 단일보드컴퓨터와 요구된 기능을 수행하는 PMC(PCI Mezzanine Card)의 장착 종류에 따라 시스템 프로세서 모듈(202), 그래픽 프로세서 모듈(205), 전자지도 프로세서 모듈(206)로 구분되도록 기능을 할당하였다.
헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템은 프로세서간 병렬통신 버스 규격인 VME(Versa Module Eurocard)의 중요한 부분인 버스요청과 버스허가 및 인터럽트를 지원하는 VME64 버스 백플레인 마더보드(201); 1553 먹스통신 및 통제시현장치에 2채널 그래픽 생성기능을 제공하는 시스템 프로세서 모듈(202); 조종사에게 필요한 다양한 정보를 시현하기 위한 기능을 수행하는 다기능시현기에 4채널의 그래픽 생성기능을 제공하는 그래픽 프로세서 모듈(205); 대용량 메모리에 전자지도 데이터를 탑재하며, 다기능시현기에 2채널의 그래픽 생성기능을 제공하는 전자지도 프로세서 모듈(206); DVI(Digital Visual Interface) 영상출력신호를 선택하는 비디오 입출력모듈(208); 각종 직렬신호와 디스크리트 입출력 신호(ON/OFF 및 장비들의 동작 상태 신호)를 처리하는 입출력모듈(209); ARINC-429 직렬신호와 디스크리트 입출력 신호를 처리하는 비행필수정보용 입출력모듈(210); 및 전원공급 기능을 제공하는 전원공급모듈(211)로 구성된다. 또한, 비행운용 프로그램인 OFP(Operational Flight Program)가 헬리콥터의 임무컴퓨터 하드웨어를 제어할 수 있도록 기능을 수행하는 디바이스 드라이버(device driver) 및 라이브러리를 포함하는 펌웨어(300)로 구성된다.
임무컴퓨터 하드웨어는 헬리콥터 임무수행을 위해 임무탑재장비 통합 및 제어, 임무수행에 필요한 데이터 입력 및 처리, 다기능시현기 및 통제시현장치를 통하여 전자지도를 포함한 항법, 비행 정보 등의 시현 기능을 수행한다.
VME64 버스 백플레인 마더보드(201)는 28V 외부 입력전원을 입력단의 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터를 거쳐 PCB(Printed Circuit Board) 상의 28V 패턴층을 통해 전원공급모듈(211)로 입력되도록 경로를 제공한다.
또한, VME64 버스 백플레인 마더보드(201)는 프로세서간 병렬통신 버스 규격인 VME(Versa Module Eurocard)의 중요한 부분인 버스요청과 버스허가 및 인터럽트를 지원한다.
시스템 프로세서 모듈(시스템 프로세서 보드)(202)은 시스템관리 기능을 수행하는 단일보드컴퓨터(SBC:Single Board Computer) 보드로서 내부의 주요 부품으로 주 프로세서인 프리스케일사의 4세대 파워피씨 칩를 사용하며, 비행운용 프로그램이 탑재된다. 일반적으로 비행운용프로그램은 수십ms 실행주기를 가지고 실행되며, CPU는 비행운용프로그램의 연산 및 제어를 위한 충분한 프로세서 컴퓨팅 파워 성능을 제공할 수 있다. 시스템 프로세서 모듈(202)은 또한 내부에 PCI 커넥터를 통해 메짜닌 카드(Mezzanine Card)와 연결할 수 있다.
그래픽 프로세서 모듈(그래픽 프로세서 보드)(205)과 전자지도 프로세서 모듈(전자지도 프로세서 보드)(206)은 시스템 프로세서 모듈(202)과 동일한 형상이나, 기능적인 면에서 그래픽 프로세서 모듈(205)은 조종사에게 필요한 다양한 정보를 시현하기 위한 기능을 수행한다. 전자지도 프로세서 모듈(206)은 전자지도 시현을 위한 기능을 수행한다.
시스템 프로세서 모듈(202)은 1553 PMC 카드(203) 및 2채널 그래픽 PMC 카드(204)를 구비한다.
1553 PMC 카드(203)는 시스템 프로세서 모듈(202)의 PCI(Peripheral Component Interconnect) 커넥터를 통해 연결되며, 헬기 임무탑재장비들로부터 3채널의 1553 먹스버스 통신을 수행한다.
그래픽 PMC 카드(204)는 시스템 프로세서 모듈(202), 그래픽 프로세서 모듈(205), 전자지도 프로세서 모듈(206)의 PCI 커넥터를 통해 메짜닌 카드(Mezzanine Card)로 연결된다.
시스템 프로세서 모듈(202)에 연결된 그래픽 PMC 카드(204)는 통제시현장치에 2채널의 그래픽 생성을 제공한다.
그래픽 프로세서 모듈(205)은 조종사에게 필요한 다양한 정보를 시현하는 기능을 수행하는 다기능시현기 4채널에 그래픽 생성기능을 제공하도록 그래픽 프로세서 모듈(205)에 연결된 2개의 2채널 그래픽 PMC 카드(204)는 다기능시현기에 4채널의 그래픽 생성을 제공한다.
전자지도 프로세서 모듈(206)은 전자지도 시현을 위한 기능을 수행하고, 전자지도를 다기능시현기에 2채널까지 제공하는 2채널 그래픽 PMC 카드(204), 대용량 메모리 모듈 PMC 카드(207)가 연결된다.
대용량 메모리 모듈 PMC 카드(207)는 전자지도 데이터를 저장하기 위한 플래쉬 메모리로서 전자지도를 시현할 때 2차원 전자지도 데이터를 읽어 다기능시현기에 전시할 수 있다.
비디오 입출력 모듈(VIOM: Video Input/Output Module)(208)은 적외선 영상장비로부터 아날로그 비디오 영상을 입력받아 그래픽 프로세서 보드(205)에 탑재된 그래픽 PMC 카드(204)에 전달하는 기능을 수행하며, 각 프로세서 보드로부터 총 8채널의 DVI(Digital Visual Interface) 영상입력을 받아 4개의 다기능시현기, 2개의 통제시현장치에 그래픽을 전달하는 기능을 수행한다. 비디오 입출력모듈(VIOM)(208)은 크게 외부 영상장비로부터의 입력을 분배하는 아날로그 영상수신 및 분배단, 각 그래픽 PMC 카드(204) 출력을 모든 시현장치에서 수신할 수 있도록 하기 위한 디지털 영상 분배단, 시현영상을 선택하기 위한 출력영상 선택단, 각종 제어입력처리를 담당하는 제어단으로 구성된다.
입출력 모듈(IOM:Input/Output Module)(209)은 VME 인터페이스를 위한 버퍼단이 내부회로에 있으며, 디스크리트 입/출력과 RS-422 시리얼 인터페이스, 아날로그 수신, VHF FM 인터페이스를 위한 동기 시리얼 인터페이스를 수행한다. 또한 전자지도 프로세서 모듈(206)과 시스템 프로세서 모듈(202)로 연결되는 이더넷 연결 경로(Ethernet 채널)를 스위칭하는 기능을 제공한다.
비행필수정보용 입출력 모듈(FIOM: Flight critical Input/Output Module)(210)은 VME(Versa Module Eurocard) 인터페이스를 위한 어드레스, 데이터 및 컨트롤용 버퍼단이 내부회로에 있으며, 비행 필수 데이터의 입/출력을 위한 ARINC 429 인터페이스 및 디스크리트 입/출력 인터페이스 기능을 수행한다.
전원공급모듈(PSM: Power Suply Module)(211)은 정상상태에서 28V DC를 입력받아 각 프로세서 모듈 및 입출력 모듈(209)에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 입력전원의 정상입력 범위는 16V~32V 동안으로 연속적이며, 비정상 입력 조건은 12V~14V 사이 전원 입력시 약 3초간 출력을 제공한다. 또한 14V~16V 사이 전원 입력 시에 약 45초 간 출력을 제공할 수 있다. 일반적인 입력특성은 MIL-STD-704F(미 국방부가 제정한 군용규격과 통신에 관한 규격, AIRCRAFT ELECTRIC POWER CHARACTERISTICS)를 만족한다.
도 3은 임무컴퓨터 하드웨어를 구동시키기 위한 펌웨어(300) 구성도이다. 임무컴퓨터 하드웨어(100)의 시스템 프로세서 보드(시스템 프로세서 모듈)(202), 그래픽 프로세서 보드(그래픽 프로세서 모듈)(205), 전자지도 프로세서 보드(전자지도 프로세서 모듈)(206)는 구매한 펌웨어와 개발한 펌웨어(300)가 탑재되어 운용된다.
구매한 펌웨어는 VxWorks 6.2 실시간 운용체계(RTOS:Real Time Operating Ssystem), 단일보드 컴퓨터(SBC:Single Board Computer)를 제어하는 보드 지원패키지(BSP:Board Support Package, RTOS가 타겟(Target) 하드웨어인 단일보드 컴퓨터에서 동작하기 위해 단일보드 컴퓨터 제어를 위한 소프트웨어-하드웨어간 인터페이스), 그래픽 PMC(PCI Mezzanine Card)를 제어하는 X11, OpenGL, 1553 PMC를 제어하는 1553 디바이스 드라이버, 전자지도의 대용량 메모리(Mass Memory)를 제어하는 FMM(Flash Memory Management)이 제공한다.
개발한 펌웨어(300)는 전체 전자모듈에 대한 자체점검(BIT:Built In Test)과 비행 운용소프트웨어와 인터페이스 기능을 수행하는 라이브러리와, 비디오 입출력 모듈(208), 입출력 모듈(209), 비행필수 입출력 모듈(210)의 기능을 제어하는 라이브러들(VIOM_Lib: VIOM 제어, IOM_Lib: IOM 제어, FIOM_Lib:FIOM 제어)이 제공한다.
헬리콥터의 임무컴퓨터 하드웨어의 입출력 모듈들의 제어를 위해 개발한 펌웨어 라이브러리들은 임무컴퓨터 전체 전자모듈에 대한 전체 자체점검과 응용 프로그램과의 인터페이스를 위해 사용되는 MCHW_MAN 라이브러리, 입출력 디바이스들의 동작 모드 설정과 운용 제어를 위해 사용되는 FIOM_Lib 및 IOM-Lib, 비디오 먹스의 동작 모드설정과 제어에 사용되는 VIOM_Lib의 펌웨어 라이브러리들을 포함한다.
도 4는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터의 부팅흐름도이다.
임무컴퓨터에 전원을 인가하게 되면 제일 먼저 부팅 프로그램이 가동되며(401), Power Up 모드로 진입하여 부트로더(Bootloader)가 실행되며(402), 일반 PC인 호스트가 존재하고 일정한 지연시간(Delay Time)내에 키 입력이 있는지 판단하여(403), 키 입력이 없으면 실시간 운용체계인 VxWorks 이미지를 로딩한다(406).
비행운용 프로그램(OFP:Operational Flight Program)이 실행되는 정상모드로 진입하기 전에, 운용 소프트웨어를 로딩이 필요한 경우, 부트로더 프롬프트상에서 로딩 여부를 결정하여 일반 PC인 호스트가 존재하고 일정한 지연시간(Delay Time)내에 키 입력이 있으면, 부트로더 프롬프트(404)에서 부팅관련 파라미터를 수정하여(405) 운용 소프트웨어를 업데이트 시킨 후 실시간 운용체계인 VxWorks 이미지를 로딩한다(406).
임무컴퓨터로 전원을 인가한 후 초기화 모드로 진입하여, 실시간 운영체계(VxWorks)가 부팅(407)되어 각 디바이스 드라이버와 라이브러리 및 기타 펌웨어를 로딩하며(408), 그 이후에 1553 PMC(PCI Mezzanine Card)(203), 그래픽 PMC(204), 대용량 메모리 PMC(207)와 비디오 입출력 모듈(208), 입출력 모듈(209), 비행필수정보용 입출력 모듈(210)의 하드웨어를 초기화한다. 그리고 전원 스위치를 이용하여 전원을 인가한 경우인 Cold Start 여부를 결정하여(409) Power Up BIT(PBIT:자체고장점검)을 수행한다(410).
비행운용 프로그램(OFP:Operational Flight Program)이 실행되는 정상모드로 진입하기 전에, OFP 로딩이 필요한 경우 VxWorks 프롬프트상에서 OFP 로딩(411) 여부를 결정하여 파일시스템과 응용프로그램을 업데이트(412) 시킬 수 있다. OFP를 업데이트 할 경우, 임무컴퓨터를 재시동 시켜야 한다.
전술한 바와 같이 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 개인용 컴퓨터의 소프트웨어와 장치를 이용하여 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 플래시 메모리, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있으며 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위를 기준으로 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상에 대해서까지 포함되는 것으로 해석되어야할 것이다.
100: 임무컴퓨터 하드웨어 외형 201: VME64 버스 백플레인 마더보드
202: 시스템 프로세서 보드 203: 1553 PMC(PCI Mezzanine Card)
204: 그래픽 PMC 205: 그래픽 프로세서 보드
206: 전자지도 프로세서 보드 207: 대용량 메모리 PMC
208: 비디오 입출력 모듈(VIOM) 209: 입출력 모듈(IOM)
210: 비행필수 정보용 입출력 모듈(FIOM) 211: 전원공급모듈(PSM)
300: 펌웨어

Claims (14)

  1. 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템에 있어서,
    단일보드컴퓨터(SBC:Single Board Computer)와 요구된 기능을 수행하는 PMC(PCI Mezzanine Card)의 장착 종류에 따라 시스템 프로세서 모듈, 그래픽 프로세서 모듈, 전자지도 프로세서 모듈로 구분하여 기능을 할당하였으며,
    프로세서간 병렬통신 버스 규격인 VME(Versa Module Eurocard)의 중요한 부분인 버스요청과 버스허가 및 인터럽트를 지원하는 VME64 버스 백플레인 마더보드;
    1553 먹스통신 및 통제시현장치에 2채널 그래픽 생성기능을 제공하는 시스템프로세서 모듈;
    조종사에게 필요한 다양한 정보를 시현하도록 다기능시현기에 4채널의 그래픽 생성기능을 제공하는 그래픽 프로세서 모듈;
    대용량 메모리에 전자지도 데이터를 탑재하며, 다기능시현기에 2채널의 그래픽 생성기능을 제공하는 전자지도 프로세서 모듈;
    DVI(Digital Visual Interface) 영상출력신호를 선택하는 비디오 입출력모듈;
    각종 직렬신호와 디스크리트 입출력 신호(ON/OFF 및 장비들의 동작 상태 신호)를 처리하는 입출력모듈;
    ARINC-429 직렬신호와 디스크리트 입출력 신호를 처리하는 비행필수정보용 입출력모듈; 및
    전원공급 기능을 제공하는 전원공급모듈로 구성되고,
    비행운용 프로그램인 OFP(Operational Flight Program)가 헬리콥터의 임무컴퓨터 하드웨어를 제어하는 디바이스 드라이버 및 라이브러리를 포함하는 펌웨어로 구성되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임무컴퓨터 하드웨어는 헬리콥터의 중앙 통제 및 그래픽 생성을 위한 중앙통제 컴퓨터로서 헬리콥터에 2대가 설치되고, 1553 버스를 통해 헬기에 장착된 각종 임무통제 장비들로부터 신호를 처리하고, 상기 임무컴퓨터 하드웨어는 듀얼(Dual)로 동작 가능하며, 하나의 임무컴퓨터가 고장나더라도, 백업 용도의 동일한 기능의 다른 하나의 임무컴퓨터로 헬리콥터의 임무 수행 기능을 제공하고, 상기 헬리콥터의 임무탑재장비 통합 및 제어, 데이터 입력 및 처리, 다기능시현기 및 통제시현장치를 통하여 전자지도를 포함한 항법, 비행 정보 등의 시현 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 VME64 버스 백플레인 마더보드는 28V 외부 입력전원을 입력단의 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터를 거쳐 PCB 상의 28V 패턴층을 통해 상기 전원공급 모듈로 입력되도록 경로를 제공하는 것을 특징으로 하는 펌웨어로 구성되는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시스템 프로세서 모듈은 시스템관리 기능을 수행하는 단일보드컴퓨터(SBC:Single Board Computer) 보드로서 내부의 주요 부품으로 주 프로세서인 프리스케일사의 4세대 파워피씨 칩를 사용하며, 비행운용 프로그램이 탑재되고, 상기 비행운용프로그램은 수십ms 실행주기를 가지고 실행되며, CPU가 비행운용프로그램의 연산 및 제어를 위한 프로세서 컴퓨팅 파워 성능을 제공하며, 내부에 PCI 커넥터를 통해 메짜닌 카드(Mezzanine Card)와 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 펌웨어로 구성되는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시스템 프로세서 모듈은 1553 PMC 카드 및 2채널 그래픽 PMC 카드를 구비하고, 상기 1553 PMC 카드는 시스템 프로세서 모듈의 PCI(Peripheral Component Interconnect) 커넥터를 통해 연결되며, 헬기 임무탑재장비들로부터 3채널의 1553 먹스버스 통신을 수행하고, 상기 그래픽 PMC 카드는 상기 시스템 프로세서 모듈, 상기 그래픽 프로세서 모듈, 상기 전자지도 프로세서 모듈의 PCI 커넥터를 통해 메짜닌 카드(Mezzanine Card)로 연결되며, 상기 시스템 프로세서 모듈에 연결된 그래픽 PMC 카드는 통제시현장치에 2채널의 그래픽 생성을 제공하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그래픽 프로세서 모듈은 조종사에게 필요한 다양한 정보를 시현하는 기능을 수행하는 상기 다기능시현기에 4채널의 그래픽 생성 기능을 제공하는 상기 그래픽 프로세서 모듈에 연결된 2개의 2채널 그래픽 PMC 카드를 사용하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전자지도 프로세서 모듈은 전자지도 시현을 위한 기능을 수행하고, 상기 전자지도를 상기 다기능시현기에 2채널 그래픽 PMC 카드, 대용량 메모리 모듈 PMC 카드가 연결되고, 상기 대용량 메모리 모듈 PMC 카드는 전자지도 데이터를 저장하는 플래쉬 메모리로서 상기 전자지도를 시현할 때 2차원 전자지도 데이터를 읽어 상기 다기능시현기에 전시하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 비디오 입출력 모듈(VIOM: Video Input/Output Module)은 적외선 영상장비로부터 아날로그 비디오 영상을 입력받아 상기 그래픽 프로세서 모듈에 탑재된 그래픽 PMC 카드에 전달하며, 각 프로세서 보드로부터 총 8채널의 DVI(Digital Visual Interface) 영상을 입력받아 4개의 다기능시현기, 2개의 통제시현장치에 그래픽을 전달하며, 외부 영상장비로부터의 입력을 분배하는 아날로그 영상수신 및 분배단, 각 그래픽 PMC 카드 출력을 모든 시현장치에서 수신하도록 하기 위한 디지털 영상 분배단, 시현영상을 선택하기 위한 출력영상 선택단, 각종 제어입력처리를 담당하는 제어단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 입출력 모듈(IOM:Input/Output Module)은 VME 인터페이스를 위한 버퍼단이 내부회로에 있으며, 디스크리트 입/출력과 RS-422 시리얼 인터페이스, 아날로그 수신, VHF FM 인터페이스를 위한 동기 시리얼 인터페이스를 수행하고, 상기 전자지도 프로세서 모듈과 상기 시스템 프로세서 모듈로 연결되는 이더넷 연결 경로(Ethernet 채널)를 스위칭하는 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 비행필수정보용 입출력 모듈(FIOM: Flight critical Input/Output Module)은 VME(Versa Module Eurocard) 인터페이스를 위한 어드레스, 데이터 및 컨트롤용 버퍼단이 내부회로에 있으며, 비행 필수 데이터의 입/출력을 위한 ARINC 429 인터페이스 및 디스크리트 입/출력 인터페이스 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전원공급모듈(PSM: Power Suply Module)은 정상상태에서 28V DC를 입력받아 상기 각 프로세서 모듈 및 상기 입출력 모듈에 전원을 공급하고, 입력전원의 정상입력 범위로 16V~32V 동안으로 연속적이며, 비정상 입력 조건으로 12V~14V 사이 전원 입력시 3초간 출력을 제공하고, 14V~16V 사이 전원 입력시에 45초 간 출력을 제공하며, 일반적인 입력특성으로 MIL-STD-704F(AIRCRAFT ELECTRIC POWER CHARACTERISTICS)를 만족하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 펌웨어는 구매한 펌웨어와 개발한 펌웨어가 탑재되어 운용되고,
    상기 구매한 펌웨어는 실시간 운용체계(RTOS), 단일보드 컴퓨터(SBC:Single Board Computer)를 제어하는 보드 지원패키지(BSP:Board Support Package, RTOS가 타겟(Target) 하드웨어인 단일보드 컴퓨터에서 동작하기 위해 단일보드 컴퓨터 제어를 위한 소프트웨어-하드웨어간 인터페이스), 그래픽 PMC(PCI Mezzanine Card)를 제어하는 X11, 1553 PMC를 제어하는 1553 디바이스 드라이버, 전자지도의 대용량 메모리(Mass Memory)를 제어하는 FMM(Flash Mass Memory)을 제공하고,
    상기 개발한 펌웨어는 전체 전자모듈에 대한 자체점검(BIT:Built In Test)과 비행 운용소프트웨어와 인터페이스 기능을 수행하는 라이브러리와, 상기 비디오 입출력 모듈, 상기 입출력 모듈, 상기 비행필수정보용 입출력 모듈의 기능을 제어하는 라이브러들(VIOM_Lib: VIOM 제어, IOM_Lib: IOM 제어, FIOM_Lib:FIOM 제어)을 제공하며, 임무컴퓨터 하드웨어의 입출력 모듈들의 제어를 위해 개발한 펌웨어 라이브러리들은 임무컴퓨터 전체 전자모듈에 대한 전체 자체점검과 응용 프로그램과의 인터페이스를 위해 사용되는 MCHW_MAN 라이브러리, 입출력 디바이스들의 동작 모드 설정과 운용 제어를 위해 사용되는 FIOM_Lib 및 IOM-Lib, 비디오 먹스의 동작 모드설정과 제어에 사용되는 VIOM_Lib를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템.
  13. 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템의 운용 방법에 있어서,
    (a) 헬리콥터의 임무수행을 위한 임무컴퓨터에 전원을 인가하면, Power Up 모드로 임무컴퓨터 하드웨어의 부트로더가 실행되고, 실시간 운용체계 이미지를 로딩하는 단계;
    (b) 비행운용 프로그램(OFP:Operational Flight Program)이 실행되는 정상모드로 진입하기 전에, 운용 소프트웨어를 로딩이 필요한 경우, 부트로더 프롬프트상에서 로딩 여부를 결정하여 일반 PC인 호스트가 존재하고 일정한 지연시간(Delay Time)내에 키 입력이 있으면, 상기 부트로더 프롬프트에서 부팅관련 파라미터를 수정하여 운용 소프트웨어를 업데이트 시킨 후 실시간 운용체계인 VxWorks 이미지를 로딩하는 단계; 및
    (c) 상기 임무컴퓨터로 전원 인가 후, 초기화 모드로 진입하여 실시간 운영체계(VxWorks)가 부팅되어 각 디바이스 드라이버와 라이브러리 및 기타 펌웨어를 로딩하며, 1553 PMC(PCI Mezzanine Card), 그래픽 PMC, 대용량 메모리 PMC와 비디오 입출력 모듈, 입출력 모듈, 비행필수정보용 입출력 모듈의 상기 임무컴퓨터의 하드웨어를 초기화하며, 전원 스위치를 이용하여 전원을 인가한 경우인 Cold Start 여부를 결정하여 Power Up BIT(PBIT:자체고장점검)을 수행하는 단계;
    를 포함하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템의 운용 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 비행운용 프로그램(OFP:Operational Flight Program)이 실행되는 정상모드로 진입하기 전에, OFP 로딩이 필요한 경우 실시간운영체제(VxWorks) 프롬프트상에서 OFP 로딩 여부를 결정하여 파일시스템과 응용프로그램을 업데이트 시킬 수 있고, OFP를 업데이트 할 경우, 상기 임무컴퓨터를 재시동 시키는 단계를 더 포함하는 헬리콥터의 임무수행을 위한 통합형 임무컴퓨터 하드웨어 시스템 운용 방법.
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