一种新型综合模块化航电系统的制作方法

本实用新型涉及航电技术领域，特别涉及一种新型综合模块化航电系统。

背景技术：

综合模块化航电系统(Integrated Module Aviomics,IMA，模块化的综合航电系统)是现役典型飞机采用的航电系统综合架构，B787、A380以及中国商飞的C919飞机航电系统均采用IMA架构。B787飞机采用公共核心系统(Common Core System，CCS)作为飞机的神经中枢，采用10/100Mbps的AFDX总线作为飞机航电系统数据传输“中枢”，采用远程数据集中器(Remote Data Concentrator，RDC)作为数据采集与数据转换设备，实现航空电子和飞机功能的高度综合。公共核心系统由两个公共核心资源(Common Core Resource，CCR)机柜组成，每个CCR机柜由8个通用处理模块，2个电源控制模块，2个内置AFDX交换机以及2个光纤转换模块组成，外接光纤和电缆两种介质的AFDX网络传输，两个CCR机柜与外部的六个远端AFDX交换机相连，组成双余度的综合模块化航电系统架构。C919飞机采用的航电系统综合架构与B787飞机类似。

A380飞机的核心处理系统分为驾驶舱，客舱，能源以及共用设备四个功能分区，不同的功能分区，采用多个IMA利用统一的AFDX网络进行相连，共同管理和执行整个飞机的航电任务，A380的IMA所采用的核心处理和输入/输出模块，称为CPIOM，每个CPIOM模块均含有1个中央处理器线路板，1个电源和输入/输出线路板，2个输入/输出线路板，1个PCI内部互联板和端系统电路。

现有综合模块化航电系统，所有飞机驻留功能(研制保障等级分别为DAL A、DAL B、DAL C、DAL D、DAL E)均驻留在IMA的处理机柜内(B787飞机及C919飞机均驻留在CCR机柜的GPM内，A380飞机则由CPIOM中的处理单元完成)，由于DAL A级驻留应用对于飞机安全性要求高，DAL E级驻留应用对于飞机安全性没有影响，按照现有设计，这五种等级的驻留功能均驻留在相同架构设计的硬件环境中，势必会增加软件设计的复杂度以及软件出错概率，牺牲了系统的整体性能；随着技术的不断发展，航电系统的日益庞大，集成度越来越高，采用现有的综合模块化航电系统(IMA)架构，对核心处理机柜资源的分配将会越来越复杂，随着驻留应用的增多，系统的整体性能也将受到影响，由于不同等级的驻留应用同时驻留在同一个机柜内，系统间耦合密切，系统出错的概率将会增加。

在实现本实用新型的过程中，实用新型人发现至少存在如下问题：A380飞机所采用的综合模块化航电系统，其综合化程度较低，每个CPIOM模块并未实现资源的共享；B787飞机所采用的综合模块化航电系统，系统间耦合度较大，容易带来资源竞争和过度耦合问题。根据现有的综合模块化航电系统，飞机系统驻留功能从DAL A级-DAL E级功能均驻留在相同的硬件架构中。这增加了硬件平台自身的软件设计复杂度以及软件出错概率，牺牲了系统的整体性能。同时随着技术的不断发展，航电系统日益庞大，集成度越来越高，采用现有的综合模块化航电系统(IMA)架构，对核心处理机柜资源的分配将会越来越复杂，随着驻留应用的增多，系统的整体性能也将受到影响，不同等级的驻留应用同时驻留在同一个机柜内，系统间耦合密切，系统出错的概率将会增加。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的是提供一种新型综合模块化航电系统，本实用新型实施例将飞机系统功能的驻留功能按照研制保障等级不同进行分类，不同功能域选择不同的硬件架构，降低软件设计复杂度；根据各驻留功能所属的功能域不同，采用不同的方式进行功能驻留，从而提高飞机系统的综合化、 集成化程度，同时提高系统性能。

根据本实用新型实施例的一个方面提供了一种新型综合模块化航电系统，包括：

航电核心资源子系统，为飞机控制域系统的驻留应用提供计算资源；

航电信息平台子系统，为飞机信息服务域系统的驻留应用提供计算资源；

航电数据网络子系统，分别与航电核心资源子系统和航电信息平台子系统连接，传输航电核心资源子系统与航电信息平台子系统之间的交互数据；

数据转换子系统，与航电数据网络子系统连接，用于为飞机系统提供信号转换功能，实现非ARINC664信号与ARINC664信号间的相互转换。

进一步地，飞机控制域系统的驻留应用包括：研制保障等级DAL A、研制保障等级DAL B以及研制保障等级DAL C；

飞机信息服务域系统的驻留应用包括：研制保障等级DAL D、研制保障等级DAL E。

进一步地，航电核心资源子系统包括：第一处理机柜和第二处理机柜，第一处理机柜和第二处理机柜组成双冗余架构，第一处理机柜和第二处理机柜具有相同的结构。

进一步地，第一处理机柜包括：

第一处理组件，处理飞机控制域系统的驻留应用的计算资源；

第一交换机组件，实现内部信息交互；

电源网络组件，分别与第一处理组件和第一交换机组件电连接，为第一处理组件和第一交换机组件供电；

电源控制组件，控制电源网络组件为第一处理组件和第一交换机组件供电；

机架面板连接器，提供电源、备份电池、离散量输入、离散量输出、A664网络接口、维护接口和调试接口。

进一步地，第一处理组件包括五个第一处理器，每个第一处理器的CPU的型号为PPC7448，使用Lockstep对同一个第一处理器中的两个CPU之间进 行同步处理。

进一步地，第一交换机组件包括：第一交换机模块和第二交换机模块，第一交换机模块和第二交换机模块组成双冗余架构，其中，所述第一交换机模块和所述第二交换机模块为千兆AFDX交换机。

进一步地，所述电源网络组件包括：

第一电源网络模块和第二电源网络模块，其中，第一电源网络模块和第二电源网络模块为12.5V DC电源网络模块。

进一步地，所述电源控制组件包括：

第一电源控制模块和第二电源控制模块，第一电源控制模块和第二电源控制模块组成双冗余架构，其中，第一电源控制模块与第一电源网络模块电连接，第二电源控制模块与第二电源网络模块电连接。

进一步地，航电信息平台子系统包括：

第二处理组件，处理飞机信息服务域系统的驻留应用的计算资源；

网关组件，与航电数据网络子系统实现网络互连；

第二交换机组件，实现内部信息交互；

存储组件，存储计算资源。

进一步地，所述第二处理组件包括：两个第二处理器，每个第二处理器的CPU采用多核处理器。

网关组件包括：第一网关和第二网关，第一网关和第二网关组成双冗余架构；

第二交换机组件包括：第三交换机模块，所述第三交换机模块为以太网交换机。

存储组件包括：第一存储器和第二存储器。

进一步地，所述航电数据网络子系统包括：第一千兆网络组件和第二千兆网络组件，第一千兆网络组件与第二千兆网络组件组成双冗余架构。

进一步地，第一千兆网络组件分别与第一交换机模块、第一网关、第三交换机模块形成第一网络架构；

第二千兆网络组件分别与第二交换机模块、第二网关、第三交换机模块形成第二网络架构；

所述第一网络架构与所述第二网络架构为双冗余网络架构。

根据本实用新型实施例的另一个方面提供了一种飞行装置，包括上述所述的新型综合模块化航电系统。

本实用新型实施例的有益效果在于，

1)在原有的集中式综合模块化航电系统IMA的基础上提出的一种新型综合模块化航电系统，采用开放式的架构，主干网络采用千兆AFDX网络，处理资源主要由两个核心处理机柜CCR以及一个航电信息平台子系统AIPS组成，将飞机功能域划分为飞机控制域系统(设计研制保障等级DAL A、DAL B以及DAL C的系统，如飞行管理系统等)和飞机信息服务域系统AISD(设计研制保障等级DAL D、DAL E的系统，如机载维护系统等)，两个核心处理机柜CCR为飞机控制域系统驻留应用提供计算资源，航电信息平台子系统AIPS为飞机信息服务域系统AISD驻留应用提供计算资源；

2)每个核心处理机柜CCR包括2个电源控制模块(PCM)，3个通用处理模块(GPM)，两个预留插槽以及两个千兆AFDX交换机模块；航电信息平台子系统AIPS包括2块高性能处理模块，2个网关模块，2个大容量存储模块，1个交换机模块，机柜至少具有十个插槽；

3)采用千兆AFDX作为主干网络，使得网络确定性，实时性得到保障；

4)将处理资源分布式布置，有利于资源的充分利用。

本实用新型通过以上技术手段，克服了现有技术中综合化程度低，系统间耦合度较大，易带来资源竞争和过度耦合问题等技术问题。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的一种新型综合模块化航电系统的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的航电核心资源子系统10与航电信息 平台子系统20网络交联关系示意图；

图3是本实用新型第二实施例提供的一种新型综合模块化航电系统的结构示意图；

图4是本实用新型第二实施例提供的航电核心资源子系统10的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

本实用新型所提出的新型综合模块化航电系统是在现有的综合模块化航电系统的基础上，将飞机驻留功能系统分为飞机控制域系统与飞机信息服务域系统，针对不同驻留功能的特点选取不同的数据处理平台(航电核心资源子系统10为飞机控制域系统的驻留应用提供计算资源，航电信息平台子系统20为飞机信息服务域系统的驻留应用提供计算资源)，同时采用千兆AFDX网络作为主干网络，提高数据传输速率，传输带宽，从而使得更多驻留应用可以驻留进平台，提高飞机系统的综合化程度。

飞机控制域系统的驻留应用，其系统研制保障等级高(主要为DAL A、DAL B以及DAL C的系统，如飞行管理系统等)，对于处理资源以及网络资源的可靠性要求高，而处理资源的大小等方面的需求相对来说没有那么高。

而对于飞机信息服务域系统，其系统研制保障等级较低(主要为DAL D、DAL E的系统，如机载维护系统、信息系统等)，由于飞机信息服务域系统主要为飞机提供信息，提高飞机舒适度，对于飞机的安全性影响不大，相应功能的失效并不会影响飞机的安全，同时，因为飞机信息系统数据量大，所需处理资源多，对于处理资源的大小、存储容量、处理速度等方面具有相关需求。针对飞机控制域系统与飞机信息服务域系统的不同，考虑将飞机驻留功 能系统按照研制保障等级进行分类，一方面避免低研制保障等级的系统对高研制保障等级系统驻留应用的干扰，降低驻留应用设计的复杂度；另一方面，根据不同等级驻留应用的特点以及其对系统资源需求不一样，选用不同的处理器进行相关驻留平台的设计，降低设计费，同时最大限度发挥不同处理器的优势。

请参阅图1，图1是本实用新型第一实施例提供的一种新型综合模块化航电系统的结构示意图。

如图1所示，本实用新型第一实施例提供的一种新型综合模块化航电系统，该系统包括：

航电核心资源子系统10，为飞机控制域系统的驻留应用提供计算资源。

航电信息平台子系统20，为飞机信息服务域系统的驻留应用提供计算资源。

具体地，飞机系统功能根据研制保障等级不同，分为飞机控制域系统以及飞机信息服务域系统，飞机控制域系统功能主要包括设计研制保障等级DAL A、研制保障等级DAL B以及研制保障等级DAL C的系统，如飞行管理系统等。飞机信息服务域功能主要包括设计研制保障等级DAL D、研制保障等级DAL E的系统，如机载维护系统等。根据驻留功能的研制保障等级不同。

根据驻留功能的研制保障等级不同，安全性要求高的处理资源由航电核心资源子系统10提供。安全性要求低的处理资源由航电信息平台子系统20提供，即飞机控制域系统功能驻留在航电核心资源子系统10中，飞机信息域系统功能驻留在航电信息平台子系统20中。

本实用新型实施例将处理资源分布式布置(分为飞机控制域系统和机信息服务域功能)，有利于资源的充分利用。

航电数据网络子系统30，分别与航电核心资源子系统10和航电信息平台子系统20连接，传输航电核心资源子系统10与航电信息平台子系统20之间的交互数据。

数据转换子系统40，与航电数据网络子系统30连接，用于为飞机系统 提供信号转换功能，实现非ARINC664信号(如ARINC 429、CAN等)与ARINC664信号间的相互转换。

如图2所示，图2为本实用新型第一实施例提供的航电核心资源子系统10与航电信息平台子系统20网络交联关系示意图。

具体地，航电数据网络子系统30(ADNS子系统)分别连接到航电核心资源子系统10和航电信息平台子系统20，传输航电核心资源子系统10与航电信息平台子系统20之间的交互数据。

本实用新型中，航电核心资源子系统10中的交换机采用千兆AFDX交换机，航电信息平台子系统20中的交换机采用以太网交换机，航电数据网络子系统30分为两个网络架构，并起到数据交互的作用。由图2可知，以网关(航电数据网络子系统30)为中心，上半部分为航电核心资源子系统10与航电数据网络子系统30为AFDX网络，下半部分为航电信息平台子系统20与航电数据网络子系统30为以太网网络。

航电核心资源子系统10由于所需驻留功能减少，从而其机柜也可以减小，向小型化，轻量化IMA机柜方向转，同时由于不同DAL等级的驻留功能分类驻留，降低了软件设计的复杂度，同时对于DAL D/E级功能，可以根据驻留功能特点，选用更高性能的多核处理器，从而摆脱之前单核处理器架构的芯片限制。

请参阅图3，图3是本实用新型第二实施例提供的航电核心资源子系统10的结构示意图。图4是本实用新型第二实施例提供的航电核心资源子系统10的结构示意图。

如图3、4所示，本实用新型第二实施例提供的航电核心资源子系统10进一步包括：

第一处理机柜11和第二处理机柜12，第一处理机柜11和第二处理机柜12组成双冗余架构，第一处理机柜11和第二处理机柜12具有相同的结构。

第一处理机柜11和第二处理机柜12组成航电核心资源子系统10，第一处理机柜11和第二处理机柜12形成双冗余架构，共同为飞机控制域系统10 的驻留应用提供计算资源。

第一处理机柜11进一步包括：

第一处理组件111，处理飞机控制域系统的驻留应用的计算资源。

具体地，第一处理组件111包括五个第一处理器111-1，每个第一处理器111-1的CPU采用高可靠性的单核处理器(例如PPC7448)，使用Lockstep对同一个第一处理器111-1中的两个CPU之间进行同步处理。

由于第一处理机柜11和第二处理机柜12只需要处理飞机控制域系统的计算资源，因而第一处理器111-1(通用处理模块，GPM)的数量减少，B787机型可以配置八块第一处理器111-1，飞机机型不同，第一处理器111-1的数量相应的发生变化，第一处理器111-1的具体数量可以根据飞机设计初期对驻留应用的需求进行评估之后确定，如果不需要的则可以预留，作为后续扩展用。

第一处理组件111与电源控制组件114及第一交换机组件112之间的连接关系仍然沿用现有的连接方式，此处不再赘述。

第一处理器(通用处理模块，GPM)所选用CPU采用高可靠性的单核处理器(例如可以选择PPC7448)，采用Lockstep技术，实现同一个GPM中两个CPU之间的紧同步，满足高完整性要求。

第一处理器(通用处理模块，GPM)中驻留功能由原来DAL A、DAL B、DAL C、DAL D以及DAL E级变成了只驻留DAL A、DAL B以及DAL C级，不同DAL之间的隔离方法的复杂度降低，有利于驻留功能的综合集成。

第一交换机组件112，实现内部信息交互。具体地，第一交换机组件112包括：第一交换机模块112-1和第二交换机模块112-2，第一交换机模块112-1和第二交换机模块112-2组成双冗余架构，且与航电数据网络子系统30互相通信。其中，所述第一交换机模块112-1和所述第二交换机模块112-2为千兆AFDX交换机。

电源网络组件113，分别与第一处理组件111和第一交换机组件112电连接，为第一处理组件111和第一交换机112组件供电。

电源控制组件114，控制电源网络组件114为第一处理组件111和第一交换机组件112供电。

电源控制组件114包括：第一电源控制模块114-1和第二电源控制模块114-2，第一电源控制模块114-1和第二电源控制模块114-2组成双冗余架构。

电源网络组件115包括：第一电源网络模块115-1和第二电源网络模块115-2，其中，第一电源网络模块115-1和第二电源网络模块115-2为12.5V DC电源网络模块。

其中，第一电源控制模块114-1与第一电源网络模块115-1电连接，第二电源控制模块114-2与第二电源网络模块115-2电连接。

机架面板连接器116，提供电源、备份电池、离散量输入、离散量输出、A664网络接口、维护接口和调试接口。

如图3所示，本实用新型第三实施例提供的航电信息平台子系统20包括：

第二处理组件21，处理飞机信息服务域系统的驻留应用的计算资源。

所述第二处理组件21包括：两个第二处理器211。两个第二处理器211选用处理性能高的模块，每个第二处理器的CPU采用多核处理器。

网关组件22，与航电数据网络子系统30实现网络互连。

网关组件22包括：第一网关221和第二网关222，第一网关221和第二网关222组成双冗余架构。

第二交换机组件23，实现内部信息交互。

第二交换机组件23包括：第三交换机模块231，所述第三交换机模块231为以太网交换机。

存储组件24，存储计算资源。

存储组件24包括：第一存储器241和第二存储器242。

本架构中，航电信息平台子系统(AIPS子系统)只驻留飞机信息服务域功能，即研制保障等级DAL D级和DAL E级的功能，不影响飞机的飞行安全，航电信息平台子系统20至少包括两个第二处理器，2个大容量存储模块，两个网关，一个交换机模块，机柜至少具有十个插槽，其他插槽支持后续扩展 功能。第二处理器采用高性能多核处理器，处理速度快，体积小，功耗小。同时对于飞机信息服务需要的资源量比较大，所以配备了两块大容量存储器，之前方案中，核心处理机柜CCR中没有存储模块，也为后续开展大数据计算提供了一个可扩展性。由于航电信息平台子系统(AIPS子系统)处理的是DAL D级和DAL E级的驻留功能，不影响到飞机的安全性，系统内的交换机可以采用以太网交换机，通过安全网关与飞机控制域进行安全隔离，同时达到数据交互的功能。

如图3所示，本实用新型第三实施例提供的航电数据网络子系统30包括：

第一千兆网络组件31和第二千兆网络组件32，第一千兆网络组件31与第二千兆网络组件32组成双冗余架构。具体地，如图3所示，第一千兆网络组件31为A网络，第二千兆网络组件32为B网络，第一千兆网络组件31和第二千兆网络组件32均采用千兆AFDX作为主干网络，使得网络确定性，实时性得到保障。

第一千兆网络组件31分别与第一交换机模块112-1、第一网关221、第三交换机模块231形成第一网络架构(参见图3，即A网)。

第二千兆网络组件32分别与第二交换机模块112-2、第二网关222、第三交换机模块231形成第二网络架构(参见图3，即B网)。

所述第一网络架构(即A网)与所述第二网络架构(即B网)为双冗余网络架构。

本实用新型实施例的航电数据网络子系统30(ADNS子系统)采用双余度的千兆AFDX网络组成，提高主干网络的传输速率，传输带宽，提高传输数据量，为航电系统的大数据处理处理能力提供了可能性。由于第一处理机柜11和第二处理机柜12中驻留了DAL A级、DAL B级、DAL C级的驻留功能，所以网络相应的也要求高完整性，AFDX的端系统采用EDE技术，从而达到网络的高完整性。

本实用新型实施例还提供了一种飞行装置，包括上述新型综合模块化航电系统。

如上所述，本实用新型详细介绍了一种新型综合模块化航电系统，本实用新型实施例有以下技术效果：

1.在原有的集中式新型综合模块化航电系统架构(IMA)的基础上提出的一种新型综合模块化航电系统架构，采用开放式的架构，由两个核心处理机柜CCR，千兆AFDX交换机，航电信息平台子系统组成；

2.飞机系统驻留功能驻留方法：飞机系统功能根据研制保障等级不同，分为飞机控制域系统以及飞机信息服务域系统，飞机控制域系统功能主要包括设计研制保障等级DAL A、DAL B以及DAL C的系统，如飞行管理系统等，飞机信息服务域功能主要包括设计研制保障等级DAL D、DAL E的系统，如机载维护系统等。根据驻留功能的研制保障等级不同，安全性要求高的处理资源由CCR处理机柜内的GPM提供，处理器选择符合ARINC653标准的处理器；安全性要求低的处理资源由AIPS内的处理模块提供，即飞机控制域系统功能驻留在两个CCR机柜中，飞机信息域系统功能驻留在AIPS平台中；

3.由于综合模块化航电系统机柜只处理DAL A\B\C级的驻留功能，GPM数量设计为5块(其中两块为预留插槽)，减少CCR机柜的大小；

4.飞机信息服务处理机柜设计方法：包含2块处理模块，2个网关模块，2个大容量存储模块，1个交换机模块，机柜至少具有十个插槽；采用双余度安全网关将信息域的网络与飞机控制域网络进行隔离，处理模块采用高性能处理器，体积小，功耗大。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。