KR101355676B1 - Flight control system for unmanned aerial vehicle of variable types - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무인기용 비행 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 기종에 적용 가능한 무인기 공통 탑재 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a drone flight control system, and more particularly to a drone common mounting system applicable to various models.
국내 무인항공기의 개발수요 급증으로 총 개발비의 60% 수준인 소프트웨어 개발비용이 중복 투자되고 있고, 이에 전략적인 무인기 핵심 소프트웨어에 기반한 무인기 비행 제어 시스템 기술을 필요로 하고 있다. 이로써 다양한 기종에 적용 가능한 무인기 공통 탑재 소프트웨어의 표준 플랫폼을 위한 다기종 무인기용 표준 소프트웨어 개발이 진행되고 있고, 이를 상용화하여 전략기술 국산화 및 경쟁력 확보를 통한 수출 확대를 목표로 하고 있다.Due to the rapid increase in development demand of domestic unmanned aircraft, software development cost, which is about 60% of the total development cost, is being duplicated, requiring a drone flight control system technology based on strategic drone core software. As a result, the development of standard software for multi-stage drones for the standard platform of the unmanned drone common loading software applicable to various models is in progress, and the commercialization is aimed at expanding exports by localizing strategic technology and securing competitiveness.
다기종 무인기용 표준 소프트웨어는 중/고 고도 무인기 적용까지 대상으로 하고 있고, 해당 비행 제어 소프트웨어는 안전중시(safety-critical) 소프트웨어, 즉, 비행안전과 직결되는 시스템으로서, 비행안정성을 확보하기 위해 무결성을 입증하는 검증 프로세스를 거치게 되는데, 이에 적용되는 다기종 무인기용에 최적화된 다중화 지원 ARINC 653 탑재 시스템 소프트웨어(real time operating system; RTOS) 또한 동일한 검증 프로세스를 따라야 한다.The standard software for multi-class drones covers medium and high altitude drone applications, and the corresponding flight control software is safety-critical software, that is, a system that is directly related to flight safety. The verification process is then validated, and the ARINC 653 real time operating system (RTOS) with multiplex support optimized for multiple UAVs must follow the same verification process.
한편, 한국전자통신연구원에서 개발한 Qplus-Air RTOS는 항공기에 탑재하는 표준 운영체제(OS) 등의 규격 및 기능을 정의한 국제표준인 ARINC 653을 준수하여 개발한 것으로, 국제항공 소프트웨어 개발표준 DO-178B의 안전성 최상위 등급인 'Level A Certifiable' 인증 획득에 따른 프로세스를 따르고 있다(박무혁, "항공용 S/W 개발 및 인증 기술동향", 항공우주산업기술동향, 2007). 그러나, 아직까지 다양한 기종에 적용 가능한 무인기용 비행 제어 시스템에 있어, 이러한 실시간 운영체제를 적용한 안전중시 비행 제어 시스템에 대해서는 개시되지 않고 있다.Meanwhile, Qplus-Air RTOS developed by Korea Electronics and Telecommunications Research Institute was developed in compliance with ARINC 653, an international standard that defines standards and functions such as standard operating system (OS) installed in aircraft. The company is following the process of acquiring the 'Level A Certifiable' certification, the highest level of safety (Mu Park, "Technology Trends in Development and Certification for Aerospace S / W", Trends in Aerospace Industry, 2007). However, in the drone flight control system that can be applied to various models so far, there is no disclosure on the safety-focused flight control system applying the real-time operating system.
따라서, 본 발명은 다기종 무인기용 비행 제어 시스템에 있어, 실시간 운영체제를 적용한 안전중시 비행 제어 시스템으로서, 비행 제어 소프트웨어 개발 요구사항에 따른 응용프로그램을 독립적으로 운영할 수 있고, 높은 신뢰성을 확보할 수 있는 다기종 무인기 비행 제어 시스템을 제공하고자 한다.Therefore, the present invention is a safety-oriented flight control system using a real-time operating system in a multi-vehicle flight control system, can independently operate the application program according to the flight control software development requirements, and can ensure high reliability To provide a multi-class drone flight control system.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 다기종 무인기 형상에 적용 가능한 비행 제어부, 다기종 무인기 형상에 적용 가능한 항법솔루션을 구비한 임무 제어부 및 다기종 무인기를 지원하는 지상통제부와의 데이터링크 가능한 통신부로 파티션되어 이루어진 제어부; 상기 제어부에 신호를 입력하는 비행조종장치; 및 상기 제어부 및 상기 비행조종장치 간의 인터페이스 역할을 하고, ARINC 653 표준규격을 만족하는 실시간 운영체제(real time operating system; RTOS);를 포함하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention, a flight control unit applicable to a multi-type drone shape, a mission control unit having a navigation solution applicable to the multi-type drone shape, and a data linkable communication unit with a ground control unit supporting a multi-type drone A control unit partitioned into; A flight control device for inputting a signal to the control unit; And a real time operating system (RTOS) that serves as an interface between the control unit and the flight control device and satisfies the ARINC 653 standard.
또한, 상기 제어부는 상기 비행 제어부, 상기 임무 제어부 및 상기 통신부 간의 통신을 위한 시간 및 공간 파티션으로 구성된 것을 특징으로 하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템을 제공한다.In addition, the control unit provides a flight control system for a multi-class drone, characterized in that consisting of time and space partitions for communication between the flight control unit, the mission control unit and the communication unit.
또한, 상기 제어부는 상기 실시간 운영체제를 이용한 태스크(task) 스케줄링 및 인터럽트(interrupt) 처리 기능, 상기 비행조종장치의 입력 신호를 모니터하여 무결한 신호를 선택하는 기능, 고장 부위 관리 및 보고 기능, 제어법칙(control laws) 자동코드 적용 기능, IOP(input-output processor)/RS(recommended standard)-422/1553B 인터페이스 지원 기능, 연료, 전기 및 엔진을 포함하는 유틸리티 관리 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템을 제공한다.The control unit may further include a task scheduling and interrupt processing function using the real-time operating system, a function of monitoring an input signal of the flight control device, selecting a faulty signal, a failure site management and reporting function, and a control law. (control laws) Autocode application, input-output processor (IOP) / recommended standard (RS) -422 / 1553B interface support, and utility management features including fuel, electricity and engine Provides a drone flight control system.
또한, 상기 실시간 운영체제는 한국전자통신연구원(ETRI)에서 제공되는 Qplus-AIR인 것을 특징으로 하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템을 제공한다.In addition, the real-time operating system provides a flight control system for a multi-class drone, characterized in that the Qplus-AIR provided by the Korea Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI).
또한, 상기 실시간 운영체제는 주어진 작업을 정해진 시간에 수행할 수 있는 예측 가능(predictable)하고 일정한 응답 시간을 요구하는 설계된 시간에 실행(deterministic)될 수 있는 실시간 성능을 구비하고, 비행 중 정전(power interruption)으로 웜 스타트(warm start) 시 부팅시간이 1초 이내이고, 가상 메모리의 미사용으로 인해 고정 메모리에서 수행되고 프로그램(text)/데이터(bss) 영역이 구분되도록 하는 커널 로딩(kernel loading)이 가능한 메모리 관리(memory manager) 기능을 구비하고, 헬스 모니터(health monitor) 상태를 고장 관리(failure management)와 연계 관리할 수 있는 프로세스 관리(process manager) 기능을 구비하고, 네스티드 인터럽트(nested interrupt)와 인터럽트 마스킹(interrupt masking)이 가능한 인터럽트 서비스(interrupt service) 기능을 구비하도록 기능 커스터마이징(customizing)된 것을 특징으로 하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템을 제공한다.In addition, the real-time operating system has a real-time performance that can be deterministic at a designed time requiring a predictable and constant response time to perform a given task at a given time, and power interruption in flight Boot start time is less than 1 second at warm start, and kernel loading is performed in fixed memory due to virtual memory not used and program / data (bss) area is separated. It has a memory manager function, a process manager function that manages the health monitor state with failure management, and a nested interrupt. Functional customization to have an interrupt service capability that is capable of interrupt masking It provides a flight control system for a multi-class drone, characterized in that.
본 발명에 따르면, 다기종 무인기용 비행 제어 시스템에 있어, ARINC 653 표준규격을 만족하는 실시간 운영체제를 최초로 적용하고, 비행 제어부, 임무 제어부 및 통신부 간의 통신을 위한 시간 및 공간 파티션으로 구성된 제어부를 포함함으로써, 조종, 임무수행, 통신 등 응용프로그램을 완전히 독립적으로 운영할 수 있는 다기종 무인기 비행 제어 시스템을 제공할 수 있다.According to the present invention, in a multi-plane drone flight control system, by applying a real-time operating system that satisfies the ARINC 653 standard for the first time, by including a control unit consisting of time and space partitions for communication between the flight control unit, mission control unit and communication unit It can provide a multi-vehicle unmanned aerial vehicle flight control system that can operate applications independently such as control, maneuver, mission, and communication.
또한, 안전중시 실시간 운영체제의 요구사항을 만족하도록 기능 커스터마이징 되도록 함으로써, 일부 시스템에서 오류가 생겨도 전체 시스템에 영향을 미치지 않는 높은 신뢰성을 확보할 수 있는 다기종 무인기 비행 제어 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the function can be customized to meet the requirements of the safety-oriented real-time operating system, it is possible to provide a multi-class drone flight control system that can ensure a high reliability that does not affect the entire system even if an error occurs in some systems.
도 1은 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템 구조를 일례를 들어 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템이 적용되는 무인기 공통 탑재 시스템을 예시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템이 통합비행제어 시스템에서 구성되는 일례를 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템의 제어부가 파티션 스케줄링된 일례를 설명하는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템을 구성하는 각 CSCI의 주요 비행 제어 기능을 일례를 들어 나타낸 블록도.1 is a configuration diagram showing an example of the structure of a multi-stage unmanned aerial vehicle flight control system according to the present invention,
2 is a diagram illustrating a drone common mounting system to which a multi-class drone flight control system according to the present invention is applied;
3 is a block diagram showing an example in which a multi-plane drone flight control system according to the present invention is configured in an integrated flight control system;
4 is a view illustrating an example in which a controller of a multi-class drone flight control system according to the present invention is partitioned;
Figure 5 is a block diagram showing an example of the main flight control function of each CSCI constituting a multi-class drone flight control system according to the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and like parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification. Also, throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements, unless specifically stated otherwise.
본 발명자들은 다기종 무인기용 비행 제어 시스템 개발 과정에서 DO-178B의 안전성 최상위 등급인 'Level A Certifiable' 인증 획득에 따른 프로세스를 따르고 ARINC 653을 지원하는 Qplus-AIR RTOS를 최초로 적용 및 안전중시 시스템에 탑재함으로써, 비행 제어 소프트웨어 개발 요구사항에 따른 조종, 임무수행, 통신 등 응용프로그램을 완전히 독립적으로 운영할 수 있고, 일부 시스템에서 오류가 생겨도 전체 시스템에 영향을 미치지 않는 높은 신뢰성을 확보할 수 있는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템을 제공할 수 있음을 알아내고 본 발명에 이르게 되었다.The inventors followed the process according to the 'Level A Certifiable' certification, which is the highest safety level of DO-178B, and applied Qplus-AIR RTOS that supports ARINC 653 for the first time in the development of multi-stage unmanned aerial vehicle flight control system. By installing it, applications such as steering, mission, and communication can be operated completely independently according to flight control software development requirements, and high reliability is ensured that even if an error occurs in some systems, it does not affect the whole system. It has been found that the present invention can provide a flight control system for a drone.
도 1은 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템 구조를 일례를 들어 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram showing an example of the structure of a multi-class drone flight control system according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 다기종 무인기 형상에 적용 가능한 비행 제어부(111), 다기종 무인기 형상에 적용 가능한 항법솔루션을 구비한 임무 제어부(112) 및 다기종 무인기를 지원하는 지상통제부와의 데이터링크 가능한 통신부(113)로 파티션되어 이루어진 제어부(110); 상기 제어부(110)에 신호를 입력하는 비행조종장치(120); 및 상기 제어부(110) 및 상기 비행조종장치(120) 간의 인터페이스 역할을 하고, ARINC 653 표준규격을 만족하는 실시간 운영체제(real time operating system; RTOS)(130);를 포함하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템(100)을 개시한다.Referring to FIG. 1, the present invention provides a
먼저, ARINC 653이란 IMA(integrated modular AVIONIC)을 목적으로 시스템 코어와 애플리케이션 간의 인터페이스로써, ARINC에서 정의한 디지털 항공전자 스스템의 실시간 운영체제와 그 위에서 동작하는 응용프로그램 간의 인터페이스를 규정하고 있는 기술표준서이다(Avionics Application Software Standard Interface, ARINC Specification 653P1-3). 여기서, 항공기의 경우, 각기 다른 안전중시 레벨(safety criticality level)을 갖는 수 많은 애플리케이션들로 이루어지는데, IMA는 이들의 안전성 및 효율성을 위해서 도입된 기술로, IMA를 도입함으로써 애플리케이션과 하드웨어가 개발 또는 실행될 때에 서로의 영향을 받지 않게 하여 하드웨어 또는 애플리케이션의 개발비용이 적게 든다(Eveleens, R.L.C., Integrated Modular Avionics Development Guidance and Certification Considerations. In Mission Systems Engineering, pp4-1 - 4-18, 2006).First, ARINC 653 is an interface between the system core and the application for the purpose of integrated modular AVIONIC (IMA), and is a technical standard that defines the interface between the real-time operating system of the digital avionics system defined by ARINC and the applications running on it (Avionics). Application Software Standard Interface, ARINC Specification 653P1-3). Here, in the case of aircraft, there are numerous applications with different safety criticality levels. IMA is a technology introduced for their safety and efficiency. Low development costs for hardware or applications by keeping them unaffected when executed (Eveleens, RLC, Integrated Modular Avionics Development Guidance and Certification Considerations. In Mission Systems Engineering, pp 4-1-4-18, 2006).
상기 ARINC 653 표준규격을 만족하는 실시간 운영체제(130)는 도 2에 도시된 바와 같은 무인기 공통 탑재 시스템에서 시간/공간 파티션이 가능한 운영체제 시스템이 요구되었으며, 이를 위한 운영체제 시스템으로 채택된 것이다. 상기 실시간 운영체제(130)는 시간과 공간 파티셔닝이 가능하며, 파티션 간 커뮤니케이션도 가능하고, 파티션 내 프로세스 레벨에서의 커뮤니케이션과 헬스 모니터링(health monitering)을 통한 에러 검출 및 보고가 가능하다.The real-
본 발명에서는 상기 실시간 운영체제(130)로서 한국전자통신연구원(ETRI)에서 제공되는 Qplus-AIR를 사용할 수 있으며, 상기 Qplus-AIR는 무인기용 표준 소프트웨어에 적용된 ARINC 653 시스템을 위한 실시간 운영체제(RTOS)로서 ARINC 653에 의해 정의된 시간과 공간의 파티셔닝을 지원하며, 이하, 실시간 운영체제 상의 특성을 설명한다.In the present invention, the Qplus-AIR provided by the Korea Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI) can be used as the real-
ⅰ) 파티션 관리(partition management)Partition management
ARINC에서 파티션(partition)이란, 각 항공 애플리케이션(application)의 시간(time)과 메모리 공간(memory space)을 보장하기 위해서 각 응용프로그램의 구역인 파티션(partition)으로 정의하고, 이에 맞는 APEX(application/execute)을 정의하기 위해 단일 프로세서 및 메모리를 공유할 필요가 있으며, 파티션 관리(partition management)는 이를 수행하기 위한 것이다.In ARINC, a partition is defined as a partition, which is an area of each application, to guarantee time and memory space of each aeronautical application, and accordingly, APEX (application / It is necessary to share a single processor and memory to define execute, and partition management is for doing this.
ⅱ) 프로세스 관리(process management)Ii) process management
IMA 개념 내에 동적 파티션과 관련된 기능을 제공하고, 파티션은 하나 이상의 프로세스들로 이루어진다. 프로세스 관리(process management)는 기존 시스템과 가장 다른 점 중 하나인 파티셔닝(partitioning)을 달성하기 위해 프로세스와 파티션과의 연관관계를 정확하게 구성하여 여러 프로세스들을 작동시킬 수 있다.It provides functionality related to dynamic partitions within the IMA concept, which consists of one or more processes. Process management can operate multiple processes by precisely associating processes with partitions to achieve partitioning, one of the most different from traditional systems.
ⅲ) 시간 관리(time management)Iii) time management
시간 관리(time management)는 실시간 운영체제의 중요한 특징으로, 항공 시스템의 파티션을 실행할 때 어느 한 시점이 모든 파티션에게 적용되지 않도록 한다.Time management is an important feature of a real-time operating system that ensures that no point in time applies to all partitions when executing a partition of an aviation system.
ⅳ) 메모리 관리(memory management)Memory management
메모리 관리(memory management)는 일반 운영체제와 유사하게 시스템이 실행되고 설정될 때 정의되어지고, 프로세스 또는 파티션 등에 따라 메모리 사용이나 할당 등에 대한 인터페이스를 제공할 수 있다.Memory management is defined when a system is run and configured similarly to a general operating system, and may provide an interface for memory usage or allocation according to a process or a partition.
ⅴ) 인터파티션 커뮤니케이션(inter partition communication)Iii) inter partition communication
인터파티션 커뮤니케이션(inter partition communication)은 각 파티션 간의 데이터 전달을 명시하는 것이다. 이는 동일한 시스템 내부에서 실행 또는 다른 시스템과의 데이터 전달도 가능하게 한다.Inter partition communication specifies the transfer of data between partitions. This also enables execution within the same system or transfer of data with other systems.
ⅵ) 인트라파티션 커뮤니케이션(intra partition communication)Iv) intra partition communication
인트라파티션 커뮤니케이션(intra partition communication)은 파티션 내부에 프로세스 간의 데이터를 전달하는 것으로, 오버헤드 없이 데이터가 전달되도록 한다.Intra partition communication is the transfer of data between processes within a partition, which allows data to be passed without overhead.
ⅶ) 헬스 모니터링(health monitoring)Iii) health monitoring
헬스 모니터링(health monitoring)은 하드웨어, 응용프로그램, 운영체제의 오류를 모니터링하고 보고하는 기능을 제공한다. 이는 오류가 전파되는 것을 차단하는데 도움을 준다.Health monitoring provides the ability to monitor and report on hardware, application, and operating system errors. This helps to prevent the propagation of errors.
도 3은 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템이 통합비행제어 시스템에서 구성되는 일례를 나타낸 블록도이다.Figure 3 is a block diagram showing an example of a multi-class drone flight control system configured in the integrated flight control system according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템(100)은 ARINC-653을 기반으로 하는 통합비행제어 시스템(200)에서 파티셔닝되어 구성될 수 있으며, 통합비행제어 시스템(200)은 비행 제어(111), 임무 제어(112) 및 통신(113) 파티션을 포함하여 구성되며, 각기 다른 안전중시 레벨별 애플리케이션들로 설계(도 1 참조)될 수 있다.Referring to FIG. 3, the multi-class drone
이와 같이, 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템(100)은 기능별로 CSCI(computer software configuration item)를 구성하여 파티션으로 설계될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 비행 제어부(111)는 다기종 무인기 형상에 공통적으로 적용 가능한 비행 제어 서브시스템 소프트웨어를 구비하고, 임무 제어부(112)는 다기종 무인기 형상에 적용 가능한 항법솔루션 및 임무제어 서브시스템 소프트웨어를 구비하고, 통신부(113)는 다기종 무인기를 지원하는 지상통제(140)와의 데이터링크 소프트웨어를 구비한다.As such, the multi-class drone
또한, 본 발명에서는 실시간 운영체제 적용으로 신뢰성(reliable), 견고성(robustness), 설계된 시간에 따라 정확히 수행되는 실행(deterministic) 시간 및 실시간 지원 성격의 예측가능성(predictability)을 고려하여 상기 제어부는 파티션 스케줄링(partition scheduling)될 수 있다. 구체적으로 도 4에 도시한 바와 같이, 파티션별 스케줄링은 비행 제어부(111), 임무 제어부(112) 및 통신부(113) 파티션 간의 인터파티션 커뮤니케이션(inter partition communication)을 위한 시간/공간 파티션(time/space partition)으로 설계될 수 있다.In addition, in the present invention, in consideration of reliability, robustness, execution time that is accurately performed according to a designed time, and predictability of a real-time support nature, the control unit may include partition scheduling ( partition scheduling). In detail, as shown in FIG. 4, the scheduling for each partition is a time / space partition for inter partition communication between the
도 5는 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템을 구성하는 각 CSCI의 주요 비행 제어 기능을 일례를 들어 구체적으로 나타낸 블록도이다.5 is a block diagram illustrating in detail an example of a main flight control function of each CSCI constituting the multi-class drone flight control system according to the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템(100)의 각 CSCI(111, 112, 113)는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템에서 필요한 다양한 요구도를 분석하여 소프트웨어적 기능 구성이 이루어지도록, 실시간 운영체제를 이용한 태스크(task) 스케줄링 및 인터럽트(interrupt) 처리 기능(F1), 상기 비행조종장치의 입력 신호를 모니터하여 무결한 신호를 선택하는 기능(F2), 고장 부위 관리 및 보고 기능(F3), 제어법칙(control laws) 자동코드 적용 기능(F4), IOP(input-output processor)/RS(recommended standard)-422/1553B 인터페이스 지원 기능(F5), 연료, 전기 및 엔진을 포함하는 유틸리티 관리 기능(F6)을 구비할 수 있다.Referring to Figure 5, each of the CSCI (111, 112, 113) of the multi-class drone
본 발명에 따른 다기종 무인기 비행 제어 시스템은 다양한 기종에 적용 가능한 무인기 공통 탑재 소프트웨어의 표준 플랫폼을 위하여, 항공기 비행 제어를 담당하는 안전중시 비행 제어 소프트웨어가 필요로 하는 요구사항이 적용되도록, 실시간 운영체제는 기능 커스터마이징(customizing)될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 실시간 운영체제는 주어진 작업을 정해진 시간에 수행할 수 있는 예측 가능(predictable)하고 일정한 응답 시간을 요구하는 설계된 시간에 실행(deterministic)될 수 있는 실시간 성능을 구비하고, 비행 중 정전(power interruption)으로 웜 스타트(warm start) 시 부팅시간이 1초 이내이고, 가상 메모리의 미사용으로 인해 고정 메모리에서 수행되고 프로그램(text)/데이터(bss) 영역이 구분되도록 하는 커널 로딩(kernel loading)이 가능한 메모리 관리(memory manager) 기능을 구비하고, 헬스 모니터(health monitor) 상태를 고장 관리(failure management)와 연계 관리할 수 있는 프로세스 관리(process manager) 기능을 구비하고, 네스티드 인터럽트(nested interrupt)와 인터럽트 마스킹(interrupt masking)이 가능한 인터럽트 서비스(interrupt service) 기능을 구비하도록 기능 커스터마이징 될 수 있다. 하기 표 1에서는 본 발명에서 실시간 운영체제가 기능 커스터마이징 된 일례를 들고 있다.The multi-class drone flight control system according to the present invention is a real-time operating system so that the requirements required by the safety-focused flight control software in charge of aircraft flight control for the standard platform of the drone common loading software applicable to various models Function can be customized. Specifically, in the present invention, the real-time operating system has a real-time performance that can be deterministic at a designed time requiring a predictable and constant response time to perform a given task at a given time, power failure in flight Power interruption allows boot time to be less than 1 second at warm start, kernel loading to ensure that program / text (bss) areas are separated and run in fixed memory due to virtual memory not being used It has a memory manager function that can be used), a process manager function that can manage the health monitor status with failure management, and a nested interrupt. Customize functionality to include interrupt service capability for interrupts and interrupt masking Can be gong. Table 1 below shows an example in which the real-time operating system is functionally customized in the present invention.
상기 표 1에서 시스템 모니터링(system monitoring) 기능은 비행 제어 시스템 개발 시 시스템 통합시험을 위한 것으로, 본 발명에 따른 다기종 무인기용 비행 제어 시스템의 소프트웨어적 시험 검증을 위해 DO-178B에 명시된 소프트웨어 시험 과정에 따라 소프트웨어 요구사항을 기반으로 하위 레벨 시험, 소프트웨어 통합시험 및 하드웨어/소프트웨어 통합시험을 수행할 수 있다.The system monitoring function in Table 1 is for system integration test in flight control system development, and the software test procedure specified in DO-178B for software test verification of the multi-vehicle flight control system according to the present invention. Depending on the software requirements, lower level tests, software integration tests, and hardware / software integration tests can be performed.
여기서, 하위 레벨 시험은 소스 코드 개발 정확도를 시험하는 것으로, 소프트웨어 구조적 시험을 통해 수행되지 않는 데드 코드 여부를 판단하고, 소프트웨어 레벨에 지정된 종류의 커버리지(coverage)를 만족시켜야 하는데, MC/DC 커버리지를 100% 만족하는 것을 목표로 DO-178B 인증 툴인 CodeScroll 및 VectorCast를 각각 사용할 수 있다. DO-178B에 명시된 커버리지 종류 중 MC/DC는 개별 조건 간에 발생할 수 있는 모든 경우를 확인하는 것이며, 'Level A'의 소프트웨어는 이를 반드시 수행하여야 한다.Here, the low level test is to test the accuracy of source code development, and to determine whether or not dead code is not performed through the software structural test, and to satisfy the kind of coverage specified at the software level. With the goal of 100% satisfaction, the DO-178B authentication tools CodeScroll and VectorCast can be used respectively. Among the types of coverage specified in DO-178B, MC / DC identifies all cases that can occur between individual conditions, and the software at Level A must do so.
또한, 소프트웨어 통합시험을 수행하여 소프트웨어 요구사항과 구성요소 간의 상관관계를 확인할 수 있다. 소프트웨어 통합시험은 In-House 검증도구를 사용하여 요구도 검증 항목별로 시험 케이스(test case)를 작성하여 수락시험을 수행할 수 있고, 이때 사용되는 시험 케이스는 입력, 실행조건 및 예상결과로 구성된다.In addition, software integration testing can be performed to verify the correlation between software requirements and components. The software integrated test can use the In-House verification tool to create a test case for each requirement verification item and perform the acceptance test. The test case used here consists of input, execution conditions and expected results. .
한편, 본 발명에서 전술한 소프트웨어적 시험 검증만으로 무인기용 공통 탑재 시스템에 적용 시 시스템과 시스템 구성 소프트웨어들의 요구사항과 무결성 검증을 만족한다고 볼 수는 없고, 해당 시스템에 에러가 없다는 의미는 아니므로, 실시간 운영체제 소프트웨어의 무결성 검증을 위해 실제 타겟 시스템 환경에서 각 실제 응용소프트웨어들과 통합하여 시스템 전체로 검증되는 시스템 레벨 시험을 필요로 하며, 이러한 검증을 전제로 무인기용 비행 제어 시스템에 실시간 운영체제 적용이 타당하다고 할 수 있다. 이하에서는 참고적으로 시스템의 기능 테스트, 강건 테스트 및 스트레스 테스트에 대하여 설명한다.On the other hand, the present invention does not mean that the requirements and integrity verification of the system and the system configuration software when applied to the common loading system for the drone only by the above-described software test verification does not mean that there is no error in the system, In order to verify the integrity of the real-time operating system software, the system-level test that is integrated with each real application software in the actual target system environment and validated as a whole system is required. It can be said. Hereinafter, the functional test, robustness test and stress test of the system will be described for reference.
기능 테스트는 시스템의 기능요구도와 기능동작의 차이점을 밝히고, 시스템이 '기능적' 요구도를 만족하는 것을 증명한다. 이러한 기능 테스트에는 요구사항 문서에 기술된 상위 수준의 요구사항에 기반한 테스트와, 실계 문서에 기술된 하위 수준의 요구사항에 기반한 테스트가 있다.Functional tests reveal the differences between the functional requirements and the functional behavior of the system and demonstrate that the system meets the 'functional' requirements. These functional tests include tests based on the higher level requirements described in the requirements document and tests based on the lower level requirements described in the actual document.
강건 테스트는 시스템을 충돌시키려고 하는 다양한 결함 시나리오와 유효하지 않은 입력같은 자유로운 상태의 시스템 조건에서 기능 테스트의 경계 조건을 확장한다. 강건 테스트를 적용하는 배경 동기는 대부분의 시스템 결함은 단위 테스트 동안 간과되거나 이해하기 어려운 그러한 평범하지 않은 시나리오 동안에 발생한다는 관찰로부터 나온다.Robust testing extends the boundary conditions of functional tests in a variety of fault scenarios that attempt to crash the system and free system conditions such as invalid input. The background motivation for applying robust testing results from the observation that most system faults occur during such unusual scenarios that are hard to be overlooked or difficult to understand during unit testing.
스트레스 테스트는 실시간 작업부하, 많은 데이터량, 반복되는 명령 및 시간이 연장된 주기에 대한 명령으로 극단의 상태로 시스템과 소프트웨어를 종속시킨다. 부하 테스트로 불리는 스트레스 테스트의 목적은 실시간 운영체제의 경우 특히 중요한 응답시간과 데이터 처리 부하조건에서 메모리 이용 특성을 측정하기 위해서이다. 예를 들어, 실시간 운영체제 태스크 스위칭 시간은 준비된 큐의 태스크의 양에 의존될 수 있기 때문에 최악의 조건으로 평가되어야 한다. 실시간 운영체제의 중요한 성능 기준을 측정할 때 벤치마킹 기술은 매우 유용한데, 여기에는 스케줄링 타임, 파티션 스위칭 타임, 부팅 시간 및 인터파티션 커뮤니케이션 시간 측정이 해당된다.
Stress tests depend on systems and software in extreme conditions with real-time workloads, large amounts of data, repeated instructions, and instructions for extended periods of time. The purpose of the stress test, called load test, is to measure the memory utilization characteristics in response time and data processing load conditions, which are particularly important for real-time operating systems. For example, the real-time operating system task switching time should be evaluated as a worst-case condition because it may depend on the amount of tasks in the prepared queue. Benchmarking techniques are very useful when measuring the critical performance criteria of a real-time operating system, including scheduling time, partition switching time, boot time, and interpartition communication time.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning, range, and equivalence of the claims are included in the scope of the present invention Should be interpreted.
100: 무인기 비행 제어 시스템 110: 제어부
111: 비행 제어부 112: 임무 제어부
113: 통신부 120: 비행조종장치
130: 실시간 운영체제 100: drone flight control system 110: control unit
111: flight control unit 112: mission control unit
113: communication unit 120: flight control device
130: real-time operating system
Claims (5)
상기 제어부에 신호를 입력하는 비행조종장치; 및
상기 제어부 및 상기 비행조종장치 간의 인터페이스 역할을 하고, ARINC 653 표준규격을 만족하는 실시간 운영체제(real time operating system; RTOS);
를 포함하되,
상기 실시간 운영체제는 주어진 작업을 정해진 시간에 수행할 수 있는 예측 가능(predictable)하고 일정한 응답 시간을 요구하는 설계된 시간에 실행(deterministic)될 수 있는 실시간 성능을 구비하고, 비행 중 정전(power interruption)으로 웜 스타트(warm start) 시 부팅시간이 1초 이내이고, 가상 메모리의 미사용으로 인해 고정 메모리에서 수행되고 프로그램(text)/데이터(bss) 영역이 구분되도록 하는 커널 로딩(kernel loading)이 가능한 메모리 관리(memory manager) 기능을 구비하고, 헬스 모니터(health monitor) 상태를 고장 관리(failure management)와 연계 관리할 수 있는 프로세스 관리(process manager) 기능을 구비하고, 네스티드 인터럽트(nested interrupt)와 인터럽트 마스킹(interrupt masking)이 가능한 인터럽트 서비스(interrupt service) 기능을 구비하도록 기능 커스터마이징(customizing)된 것을 특징으로 하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템.A control unit partitioned into a flight control unit applicable to a multi-type drone shape, a mission control unit having a navigation solution applicable to a multi-type drone shape, and a data linkable communication unit with a ground control unit supporting the multi-type drone;
A flight control device for inputting a signal to the control unit; And
A real time operating system (RTOS) that serves as an interface between the controller and the flight control device and satisfies the ARINC 653 standard;
, ≪ / RTI &
The real-time operating system has real-time performance that can be deterministic at a designed time requiring a predictable and constant response time to perform a given task at a given time, and with power interruption in flight. Memory management with kernel loading that allows a boot time to be less than 1 second at warm start and is performed in fixed memory due to virtual memory usage and separates the program (text) and data (bss) regions. (memory manager), the process manager (process manager) function that can manage the health monitor status in conjunction with the failure management (failure management), nested interrupt and interrupt masking function customized to have an interrupt service function capable of interrupt masking. A flight control system for multiple aircraft.
상기 제어부는 상기 비행 제어부, 상기 임무 제어부 및 상기 통신부 간의 통신을 위한 시간 및 공간 파티션으로 구성된 것을 특징으로 하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템.The method of claim 1,
The control unit is a multi-stage drone flight control system, characterized in that consisting of time and space partitions for communication between the flight control unit, the mission control unit and the communication unit.
상기 제어부는 상기 실시간 운영체제를 이용한 태스크(task) 스케줄링 및 인터럽트(interrupt) 처리 기능, 상기 비행조종장치의 입력 신호를 모니터하여 무결한 신호를 선택하는 기능, 고장 부위 관리 및 보고 기능, 제어법칙(control laws) 자동코드 적용 기능, IOP(input-output processor)/RS(recommended standard)-422/1553B 인터페이스 지원 기능, 연료, 전기 및 엔진을 포함하는 유틸리티 관리 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 다기종 무인기용 비행 제어 시스템.The method of claim 1,
The control unit includes a task scheduling and interrupt processing function using the real-time operating system, a function of monitoring an input signal of the flight control device and selecting a faulty signal, a failure site management and reporting function, and a control rule laws) Multi-purpose drones with automatic code application, input-output processor (IOP) / recommended standard (RS) -422 / 1553B interface support, and utility management features including fuel, electricity and engine Flight control system.
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