关于IMA架构航电系统多级故障管理的设计与实现
《飞行器综合电子系统》课程教学大纲
This course mainly introduces theaircrafts’avionicssystem, includingandevelopmentoverview and keytechnologiesoftheavionicssystem,the designrequirement andprinciple ofdisplay system, the parameter computing methods of theaircraftinstruments,thedesign and architectureof the system,thecomposition, principle and realizationofflight management system,thestructureandworkingprinciple ofautomatic flight control system, thekeyalgorithmsand threshold analysis methodsofenvironmentalsurveillancesystem,the navigation andcommunication system, andthe powersystem.
飞机故障信息控制管理系统的设计与实现
基金颁发部门：国家自然科学基金委；项目名称：飞机健康评估及预警系统；编号：60672174; 基金申请人:杨慧飞机故障信息控制管理系统的设计与实现杨慧，王帅，金玉（中国民航大学 计算机科学与技术学院, 天津 300300）摘要：阐述了基于B/S架构，运用面向对象方法创建飞机故障信息控制管理系统的思路，讨论了各功能架构之间的数据传输和调用方法，详细说明了通过各功能模块的相互调用，运用历史故障案例的思想实现复杂的故障信息统计和分析过程。
系统还实现了很多其它功能并易于维护和扩展。
关键词:故障信息;面向对象;B/S模式;历史故障案例中图分类号：TP274 文献标识码：BDesign and Implementation of Aircraft Fault Information Control and Dealing SystemYang Hui, Wang Shuai, Jin Yu（College of Computer Science & Technology , CAUC , Tianjin 300300）Abstract: The way of Aircraft fault information control and dealing system which based on B/S structure, established by utilizing object-oriented programming, was introduced, the data transmission and use method between different function modules were discussed, and the complicated statistics and analysis process of fault information were explained in detail by using different function modules and the mentality of history fault case. The system also has many other functions, and easy maintenance and expansion.Key words: Fault information; Object-Oriented; B/S mode; History fault case1引言长期以来，飞机故障维修基本上是靠人工完成，维修人员依据故障信息的描述，逐条排查相应维修手册中的排故方法，航空公司为此消耗了大量的人力成本和时间成本。
对飞机综合模块化航电系统总体设计的分析
1 综合模块化航电系统架构分析
IMA的平台架构如下：在单LRU形式架构中，主要特点 在于驻留多个应用，可完成多项飞行功能，具有分区功 能，在LRU中具有共享处理、I/O与共享网络；在平台应用 间可对程序接口进行定义；在分布式平台中，该架构具有 较强的实时性、容错性与分布性，在通信网络资源基础上 进行工作，不但可在LRU之间进行鲁棒性分区，还可在LRM 间进行分区，在任意通信网络出现单点故障时，该平台仍 然可为鲁棒性分区提供通信业务，主要特点在于：资源共
参考文献 [1] 马宪民,张兴,张永强.基于支持向量机与粗糙集的隔爆电动
机故障诊断[J].工矿自动化,2017,43(2):35-40. [2] 姜宁,刘维福.振动测试技术在旋转设备故障诊断中的应用
[J].煤炭科学技术,2017(S1):161-163. [3] 陈丽芬,吴运新,周鹏,等.功率谱分析在抛光机磨头故障诊断
（1）分层结构，使各层间处于相对独立状态，为各层 独立运行提供有力支持，使系统的稳定性、安全性得到显著 提升，节约系统升级费用，如综合、开发与测试等方面。
（2）应用软件层与系统操作层的接口相一致，使系统更 具开放性，在各个层次中得到可靠的运行与移植；通过模块 化设计的方式，提高系统各层的配置能力与功能扩展水平。
对IMA架构航电系统多级故障管理的设计与实现研究
2 军民两用技术与产品 2018·6（下）前言航空电子系统在多年发展中发生了重大变化，高度综合化是其未来发展趋势，开放式综合化模块化航空电子系统架构可以让飞机生命周期费用得到降低，可以让航电系统应用升级问题得到有效解决，让系统性能得到提升，随着IMA 航电系统架构的不断发展，现阶段，其应用程序综合化程度已经得到明显提升。
1 IMA架构航电系统多级故障管理设计1.1 模块级故障管理系统主干通信网络为航空电子双工交换式以太网，对级联式双冗余飞机航电系统冗余模型予以构建，在架构中主要包含了两台中央处理平台IPC ，二者互为余度。
在模块级故障处管理中，设计人员可以根据自身对系统可能出现故障信息的预计，在关键模块选取机载嵌入式实时操作系统，该系统具有健康监控机制与健壮区分机制，监控机制可以分析、分类模块内部可能发生故障，并对其进行编号定义，并对故障恢复策略进行设计。
除此之外，还可以将扩展错误恢复动作机制为用户提供，利用表驱动方式可以让故障得到自动收集，可以依照级别对其进行调度处理。
系统健康监控任务、进程健康监控任务和分区健康监控任务共同组成模块级故障管理，系统利用系统健康监控表可以对派遣级别进行确认，可以将其派遣到分区、模块和进程级。
在分区操作系统中，分区健康监控任务具有独立地位，优先级要比所述分区其他任务更高，在分区操作系统中，进程健康监控处理进程具有特殊性，优先级高于分区其他进程[1]。
1.2 集成区域级故障管理针对模块一级不能处理的故障，多级管理机制可以让其将信息上报给航电系统中央维护软件，集成区域级故障管理可以对其进行处理。
在IPC 通用处理模块中，集成区域级故障管理系统可以利用AFDX 网络交换机与其他工作单元、模块进行网络连接。
如果工作单元与模块故障状态出现变化，那么故障发生时间与消失时间会被各模块模块级故障管理系统记录，并根据航空电子系统故障编码定义，利用事先定义AFDX 虚链路报告给集成区域故障管理系统，帮助系统重构决策，进而让系统故障处理与故障监控能力得到提升。
综合模块化航空电子系统
综合模块化航空电子系统作者：李林剑来源：《科技视界》2016年第13期【摘要】综合模块化航空电子系统（ Integrated Modular Avionics，IMA）已成为未来飞机的发展趋势，对IMA的研究显得越来越重要。
本文首先综述了航空电子系统的发展历史，然后介绍了综合模块化航空电子系统的基本概念和架构，同时介绍了IMA系统的软件平台，最后介绍了当前最先进的两种IMA架构。
只有对IMA系统有深刻地理解，才能更好地发展我国民用客机事业。
【关键词】航空电子；IMA；ARINC 6530 引言20世纪90年代，飞机航空电子系统系统发展为综合模块化航空电子系统（Integrated Modular Avionics，IMA），使得飞机进入了一个全新时代。
IMA 平台下能够驻留种类繁多、不同功能、不同安全等级的应用，将传统的单独的航空电子系统集中一个通用的平台上，其具有资源分配最优化、最大限度地减小系统体积和重量、降低设备能源消耗等优点。
IMA系统是一种开放式系统结构，平台软件和硬件的更新可独立进行，使得修改或升级飞机系统功能都比较容易，满足了飞机经济性、维修性以及不断增长的功能需求。
当前新一代飞机除了将数据处理功能和通信、导航和显示等航电功能综合进IMA平台外，一些非航电系统功能，如液压、燃油、电源等系统也被集成到平台里。
因此，综合模块化航电系统已经成为飞机的发展趋势，对IMA系统的研究显得越来越重要。
本文综述了航空电子系统的发展历史和IMA系统的概念、架构、软件平台以及应用现状。
1 航空电子系统发展历史航空电子在早期主要是支持飞机起飞、着陆、导航、通信的电子系统。
随着技术进步，航空电子系统慢慢发展成包括飞行管理、飞行控制、导航、数据与语音通信、综合监视与机载告警、客舱娱乐、座舱显示、机内通话等主要功能系统。
随着飞机功能、设计需求的增多以及电子技术的进步，航电系统的重要性得到不断地提高，并逐步向综合化、模块化、开放式的方向发展。
高效能综合处理机设计实现研究
高效能综合处理机设计实现研究姜琳琳，王纯委，海钰琳，杨琪（航空工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710065）摘要：为了满足综合模块化航电（IMA ）系统对综合处理机功能、性能、体积、功耗、重量等多方面需求，提出了一种高效能综合处理机的设计实现方案。
硬件采用高性能低功耗处理模块，通过高速FC 通信网络互联；软件采用系统管理中间件技术，提高航电系统应用软件的可重用性、可移植性。
实现结果表明：相比于第一代IMA 系统综合处理机，高效能综合处理机实现了各项技术指标之间的均衡设计，具有良好的实践意义和推广价值。
关键词：综合模块化航电；综合处理机；系统管理；FC 网络中图分类号：V243文献标识码：A 文章编号：2096-9759（2023）03-0087-04Research of Design and Realization of High Productivity Integrated ProcessorJIANG Linlin,WANG Chunwei,HAI Yulin,YANG Qi(A VIC Xi ’an Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi ’an 710065,China ）Abstract:In order to meet the function,performance,volume,power consumption,weight and other requirements of the integ-rated modular avionics (IMA )system for the integrated processor,a design and implement scheme of a high productivity integ-rated processor is proposed.The hardware uses the high-performance low-power processing modules,which are interconnected through high-speed FC communication networks;The software adopts system management middleware technology to improve the reusability and portability of avionics system application software.The results show that,compared with the first generation IMA system integrated processor,the high productivity integrated processor achieves a balanced design among various technical indicators,which has good practical significance and promotional value.Key words:integrated modular avionics (IMA );integrated processor;system management;static reconfiguration0引言综合处理机是综合模块化航电（IMA ）系统控制、管理的核心计算平台，具备高速信息处理、高性能数据计算、大容量数据存储和高速网络交换能力，不同重要等级（关键、重要和一般）的航电系统应用，诸如综合告警、飞行管理、综合导航、数据管理、系统管理、综合维护与测试支持等，以时间/空间严格分区的形式，同时运行在这个共享的计算机平台上。
基于IMA架构的机电系统通信模块设计
DOI ：10．19392/j．cnki．1671-7341．201912071基于IMA 架构的机电系统通信模块设计郭建奇范新明陈帅张宇坤航空工业西安航空计算技术研究所陕西西安710065摘要：模块级高度综合集成结构(IMA )是航空电子系统的发展趋势，在其高速发展的背景下，基于资源的高效利用和系统可重构的要求，航空电子设备向综合模块化形式发展。
本文提出一种基于IMA 架构的机电系统通信模块设计，形成以LＲM (Line Ｒeplaceable Module )为基础单元的通信模块，该模块支持ＲS422、HB6096通信等功能，具有集成度高、开放性好、全寿命成本低、良好的维修性和可靠性等特点。
关键词：航空电子系统;模块级综合集成结构;通信模块综合航空电子技术的发展基本经历了分散、联合、综合、高度综合4个阶段［1］；航空电子设备的结构形式也大致相应地分为分离式、联合式、综合式和综合模块化式4个阶段。
［2］就我国而言，综合模块化结构形式（IMA ）的航空电子设备正处于高速发展阶段。
［3］在综合化模块化架构中LＲM 是基本的硬件构件，所有的IMA 结构都在减少LＲM 的类型与数量。
［4］本文设计的一种通信接口模块（简称SIM 模块），用于某机载机电管理计算机（简称UMC ）中，可支持ＲS422、HB6096总线通信等功能。
1总体方案设计UMC 内部采用VME 总线，主要包括SIM 模块、CPU 模块、电源模块及其他功能模块等，其内部交联关系如图1所示。
CPU 模块通过VME 总线对SIM 模块资源进行访问，实现与外部设备的通信。
图1机电管理计算机构成在本设计中，SIM 采用“FPGA +外围通信接口”的结构，FPGA 采用VHDL 语言编码，SIM 模块电路主要包括：a．VME 接口及控制逻辑电路：实现与主处理器PowerPC 的数据交换；b．ＲS422通信电路：收发EIA-ＲS-422A 数据；c．HB6096通信电路：收发HB6096数据。
下一代IMA架构机载系统综合化关键技术研究
PSM,NSM 等)；
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（4）子功能系统内部多个任务可共用资源； （5）远程接口单元（LRU）有效解决了复杂多种类信号连 接问题；
图 1 IMA 1G 架构在机载系统中应用的典型示意 （6）航电、机电、飞控等主要子系统分别实现全机分布式 IMA； （7）机架内外实现统一交换网络互联，LRM 和外部设备均 是交换网节点； （8）每个 LRM 承担多项任务，硬件呈系列化发展； （9）各个 LRM 均有应用、调试工具、操作系统及驱动软件； （10） LRM 上的多个应用软件通过分区操作系统实现安 全隔离和重构； （11）各系统内部基本统一网络，各个子系统之间总线不能 完全统一。 随着机载系统综合化的广度和深度的发展，综合化发展 需求出现以下新要求： （1）跨系统综合：由航电、机电、飞控等系统各自综合化，向 多系统综合、深度综合发展；各系统功能剧增，要求各类资源能 进一步共享； （2）跨系统综合出现了不同安全级别任务在同一资源下运 行的情况； （3）复杂多任务系统的研制和开发周期要求更小； （4）综合化产品的组件种类要求尽量减少，便于维护保障。 基于以上分析 IMA 1G 架构针对机载系统新需求出现以 下瓶颈： （1）各系统之间网络不统一，信息交互不畅，且时间不确定；
未来随着飞机平台任务需求的增加，作为机载计算资源 核心的机载计算机系统将转变为面向飞机平台的公共计算资 源，机载计算机系统间通过统一的中间服务软件构件[4]和网络 实现全机资源共享，各系统架构、接口标准化，提出了下一代 IMA 架构(IMA 2G)需求。
2 IMA 1G 架构机载系统的瓶颈
IMA 1G 架构在机载系统中应用的典型示意见图 1。 IMA 1G 架构的机载系统典型特征如下： （1）核心处理与接口模块（CPIOM）综合了多个功能； （2）子系统内一般由一个或多个 IMA 开放式机架及各种
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关于IMA架构航电系统多级故障管理的设计与实现
0 引言航空电子系统至今已经历了独立式、联合式、综合化和高度综合化的发展历程，从各分系统相互独立发展到采用集中控制、分布处理的层次型结构[1]。
开放式的综合化模块化航空电子(Integrated Modular Avionics，IMA)系统架构是当今航空电子系统发展的主要趋势，旨在降低飞机生命周期费用(Life Cycle Cost，LCC)、整合航电系统应用、提高系统性能、解决航电系统应用各自升级的问题等[2-3]。
综合化模块化航空电子系统在本质上是一种分布式计算系统[4]，采用开放式体系结构和标准化以及通用化的设计，提高了系统的兼容性、可移植性，并具有较高的可扩展性和可维护性，降低了系统的生命周期费用[5]，整合和支持不同关键安全级别的航电系统应用程序[6]。
同时随着IMA航电系统结构下应用程序越来越复杂，综合化程度越来越高，也显现出故障密集、多类等特点。
本文针对IMA结构航空电子系统，讨论其多级故障管理机制，使用符合ARINC653标准的分区操作系统作为软件开发平台，通过故障检测措施、健康监控机制、故障滤波方式和故障处理手段，实现了航电系统模块级、集成区域级和飞机级的多级故障管理机制，制止了故障恶意蔓延，提高了整机的系统安全性。
1 IMA系统多级故障管理故障管理技术是指避免飞行器的部件或系统的部分或全部失效的技术和方法[7]。
如果故障管理策略不能发挥正常效果，那么失效就可能会威胁整个飞机系统，并引发灾难性事故[8-9]。
IMA航电系统采用面向域的层次划分方法，通用的系统管理分为飞机级、集成区域级和模块级3个管理层次。
其中飞机级是最顶层的管理功能实体，负责整个系统的管理。
集成区域级为中间层，负责一个集成区域的管理。
模块级为最底层，负责一个模块的管理[10-11]，又可以细分为进程、分区和操作系统[12]。
IMA系统故障管理包括故障检测[13]、故障滤波[14]、健康监控[15-16]及故障处理[17]等，用来进行检测故障发生，确认故障发生，对故障类型、发生时间和部件进行分类，限制故障蔓延，以及采取故障处理措施，包含功能降级或系统重构等。
2 一种多级故障管理机制的设计参照当代先进飞机综合航电系统的设计思路，本文以航空。