一种高安全大算力智能飞控架构的制作方法

1.本发明属于飞控智能化运算技术领域，涉及一种高安全大算力智能飞控架构。


背景技术：

2.国内目前应用于飞控系统的最成熟的处理器是powerpc755，使用主频为300mhz。实际应用中发现，在完成基本的数据传输、控制律运算、指令信号输出后，powerpc755处理器的算力已经所剩无几。在新一轮智能化应用的浪潮下，智能飞控技术研发也迫在眉睫，并且智能飞控桌面仿真已经取得了一定的成果，但是阻碍智能飞控实际应用的最大问题是算力不足。在现有的国外技术封锁与自主可控的要求下，即使要求主频只有300mhz，现有的成熟产品中除了powerpc755之外，也没有其他型号处理器可选用。可以预计，在现在的工业条件下，近期单核处理器的性能不会再有质的飞跃。因此，就要求科研人员从其他路径提升飞控系统的算力。


技术实现要素：

3.发明目的：提供一种高安全大算力智能飞控架构。本发明在保证安全性指标的前提下，实现算力的大幅度提升，为智能飞控的实现奠定基础。
4.技术方案：一种高安全大算力智能飞控架构，架构中的信号处理模块由安全相关功能控制区和非安全相关功能控制区组成；其中，安全相关功能控制区，用于保证主飞行、应急飞行的安全性指标；非安全相关功能控制区，用于处理高算力运算任务。
5.前述的高安全大算力智能飞控架构中，安全相关功能控制区通过桥接组件1桥接有一片以上的单核处理板，桥接组件1还分别连接有信号输入控制部件和信号输出控制部件。
6.前述的高安全大算力智能飞控架构中，非安全相关功能控制区通过桥接组件2桥接有一片以上的多核处理板，桥接组件2还分别连接有故障监控隔离部件1和故障监控隔离部件2；故障监控隔离部件1的输入端与信号输入控制部件连接，故障监控隔离部件2的输出端与信号输出控制部件连接；在非安全相关功能控制区出现故障时，通过故障监控隔离部件1、2实现与安全相关功能控制区完全分离。
7.前述的高安全大算力智能飞控架构中，故障监控隔离部件1和故障监控隔离部件2的信号隔离的触发源来自于两方面：一个是故障监控隔离部件1和故障监控隔离部件2自身的监控电路触发，另一个是机组指令强制切除，两个触发源为或的关系。
8.前述的高安全大算力智能飞控架构中，当飞行机组下发切除指令而故障监控隔离部件1和故障监控隔离部件2自身的监控电路未触发时，飞行机组能通过撤销切除指令而再次启用非安全相关功能控制区。
9.前述的高安全大算力智能飞控架构中，除飞行机组下发的切除指令外，非安全相关功能控制区的输入信号均经由信号输入控制部件转发到故障监控隔离部件1，再由故障监控隔离部件1发送到多核处理板进行处理。
10.前述的高安全大算力智能飞控架构中，非安全相关功能控制区的输出信号均经由信号输出控制部件转发，非安全相关功能控制区的输出参数，均受信号输出控制部件控制。
11.前述的高安全大算力智能飞控架构中，将维护信息由信号输入控制部件输入，再被桥接组件1转发至输出控制部件，对非安全相关功能控制区能够输出的参数进行配置。
12.前述的高安全大算力智能飞控架构中，非安全相关功能控制区的多核处理板通过维护信息进行配置：配置为每一块多核处理板可仅进行一项功能运算，或者配置为一项功能运算由两块以上多核处理板完成，或者配置为两块以上多核处理板同时重复完成同一项功能运算。
13.前述的高安全大算力智能飞控架构中，非安全相关功能控制区的多核处理板之间在桥接组件2中设置有故障隔离面。
14.有益效果：
15.发明人研究时发现：飞控系统之所以对处理器的要求如此之高，是因为飞控系统是安全关键系统，其可靠性直接影响到飞行器的安全，但在飞控系统众多的功能中，并不是所有功能丧失都会影响飞行安全，而越是高级复杂的功能，在设计过程中越会将其设计为功能丧失不会影响飞行安全。基于此，本发明设计了一种用于提升飞控系统算力的架构，该构架取得了如下技术效果：
16.(1)在保证安全性指标的前提下，能够大幅提升飞控系统的算力水平。相较于目前飞控系统常用的powerpc755大约733mops的算力，地平线研发的征程5车规级芯片，在功耗30w的情况下可以实现128tops的算力，华为研发的麒麟990a车规级芯片在17w功耗的情况下可以实现3.5tops的算力，nvidia最新的drive orin soc能够提供254tops的算力，算力水平提升了上千倍。本发明为这些高算力芯片的应用提供了途径。
17.(2)架构中设计有多重故障隔离面，能够保证安全相关功能控制区和非安全相关功能控制区的信息分离。非安全相关功能控制区通过故障监控隔离部件1与故障监控隔离部件2可以实现完全切除，切除方式有自动切除与人工强制切除两种。此种设计方式保证了非安全相关功能控制区对安全相关功能控制区的影响最小，提升系统整体的可靠性。
18.(3)能够在现有的工业基础上，最大化地利用成熟处理器的算力。飞行控制系统的算力需求呈现两极化，安全相关功能所需算力小，非安全相关功能所需算力大，通过双功能区设计，安全相关功能控制区，用于保证主飞行、应急飞行的安全性指标；非安全相关功能控制区，用于处理高算力运算任务，在非安全相关功能控制区引入非航空级芯片，利用成熟的车规级或者工业级芯片完成大数据处理与控制律解算。
附图说明
19.图1高安全大算力智能飞控架构原理图；
20.图2单功能计算示意图；
21.图3拆分计算示意图；
22.图4功能监控计算示意图。
具体实施方式
23.实施例1。一种高安全大算力智能飞控架构，设计原理如图1所示，信号处理模块由
安全相关功能控制区和非安全相关功能控制区组成。其中，安全相关功能控制区保证安全性指标，图1中给出一种四余度+应急备份的实现方式；非安全相关功能控制区负责需要大算力的复杂智能算法的计算，如神经网络算法、遗传算法等。
24.非安全相关功能控制区具备可扩展性，通过算力预估可以得到所需多核处理板的数量，通过桥接组件2实现多核处理板数量的增减。
25.在非安全相关功能控制区设置有故障隔离部件1和故障隔离部件2，在非安全相关功能控制区出现故障时，可以实现与安全相关功能控制区完全分离。故障监控隔离部件1和故障监控隔离部件2的信号隔离触发源来自于两方面，一个是故障监控隔离部件1和故障监控隔离部件2自身的监控电路触发，另一个是机组指令强制切除，两个触发源为或的关系。当机组下发切除指令而故障监控隔离部件1和故障监控隔离部件2自身的监控电路未触发时，飞行机组可以通过撤销切除指令而再次启用非安全相关功能控制区。
26.在安全相关功能控制区设置有信号输入控制部件，除切除指令外，非安全相关功能控制区的输入信号均经由信号输入控制部件转发。非安全相关功能控制区能够获得哪些参数，均受信号输入控制部件控制。外部人员可以通过维护信息的输入，对非安全相关功能控制区能够获得的参数进行配置。
27.在安全相关功能控制区设置有信号输出控制部件，非安全相关功能控制区的输出信号均经由信号输出控制部件转发。非安全相关功能控制区能够输出哪些参数，均受信号输出控制部件控制。外部人员可以通过维护信息的输入，对非安全相关功能控制区能够输出的参数进行配置。
28.如图2、图3、图4所示，非安全相关功能控制区的多块多核处理板可通过维护信息进行配置，可配置为每一块多核处理板可仅进行一项功能运算，亦可配置为一项功能运算可由两块或更多块多核处理板完成，亦可配置为两块或更多块多核处理板同时重复完成同一项功能运算。
29.非安全相关功能控制区的多核处理板均设计有完善的自监控电路，能够指示本多核处理板的有效性。当自监控电路触发生效，对应多核处理板进入故障静默状态，对外不输出信息。
30.非安全相关功能控制区的多块多核处理板之间可以通过桥接组件2完成数据传输。
31.非安全相关功能控制区的多块多核处理板之间在桥接组件2中设置有故障隔离面，如果多核处理板b1发生故障，该故障不会蔓延到其他多核处理板。
32.多核处理板上的处理器型号可相同，亦可不同，数据交换依靠桥接组件完成。