综合模块化航空电子系统软件体系结构综述
综合模块化航空电子系统标准述评_丁全心
。
通 用 功 能 模 块 标 准 （ CFM ） 定 义了通 用 功 能 模 块 的 功 能 和 基 本 定义了以下通用功能模块： 数 接口， 据处理模块（ DPM ） ， 信号处理模块 （ SPM ） ， 图 像 处 理 模 块 （ GPM ） ， 大 容量存储模块（ MMM ） ，网 络 支 持 模块 （ NSM ） 以 及 电 源 转 换 模 块 （ PCM ） 。 标准给出了通用功能模块的逻 见图 3 。 辑单元组成，
应满 足 系 统 对 容 错 、 MOS 接口由软件标准定义， CPU 时间等） ， 其中， 给出了系 MPI 由封装标准定义， 通信 / 网络标准 综合测试和维护的要求， 对 MLI 的网络属性给出了专门描述。 统故障的处理策略和流程 。 3 ） 系统初始化和关机 。 ① 模块逻辑接口的网络属性 。
其中包括 7 制定 了 系 统 要 求 指 南， 个部分， 该指南只提供指导建议， 并
通用功能模块逻辑单元组成 Logical unit composition of the common functional modules
［4 ］
不是强制性的 。 1 ） 系统管理指南 。 系统管理指南定义系统管理由 位于 系 统 管 理 层 的 应 用 程 序 管 理 （ AM） 和位于操作系统层的通用系统 管理（ GSM ） 组成， 负责系统由加电、 起飞、 飞行到进场着陆、 系统关闭整 个阶段的控制管理。 2 ） 故障管理 。 故障管 理 描 述 了 系 统 、 部件及 其组合的故障管理， 要求每种故障 管理都应评估其覆盖面 、 准确性 、 速 使 用 资 源 （ 如 网 络 带 宽、 内 存、 度、
丁全心
1， 2
（ 1． 光电控制技术重点实验室， 河南 洛阳 471009 ； 2． 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 ， 河南 洛阳 471009 ） 综合模块化航空电子系统 （ IMA ） 是航电系统的发展方向， 其技术标 F22 、 F35 、 准对新型军机、 民机航电系统开发具有重要指导作用， 阵风、 A380 、 B787 等飞机的航电系统均采用了其有关概念和技术 。重点评述了 ASAAC 有关系统架构、 系统软件、 通信 / 网络、 通用功能模块、 封装等技术 标准， 以及 ARINC 等有关标准。
1.综合模块化航空电子体系结构研究
综合模块化航空电子体系结构研究张凤鸣, 褚文奎, 樊晓光, 万 明(空军工程大学工程学院,西安 710038)摘 要:军用航空电子系统体系结构关系到战机的可靠性、安全性、可用性、生存性、扩展性和维修性等方面。
综合模块化航空电子(I M A )是目前机载航空电子系统结构发展的最高阶段,其特征和优势已经在美国四代机上得到充分展现和发挥,为我国四代机综合航电的研制工作提供了参考依据。
回顾了机载航空电子体系结构的发展史,分析了推动I M A 体系结构发展的3个主要因素,归纳了I M A 的特点,从信息流处理的角度对I M A 体系结构进行了划分,并研究了适应于I M A 的两种典型的综合航电软件体系结构,指出了发展趋势。
最后就我国综合航电体系结构的研究和发展所面临的问题进行了初步探讨。
关键词:综合模块化航空电子;航空电子体系结构;软件体系结构;四代机中图分类号:V243 文献标志码:A 文章编号:1671-637X (2009)09-0047-05Research on Arch itecture of I n tegra ted M odul ar Av i on i csZHANG Feng m ing, CHU W enkui, F AN Xiaoguang, WAN M ing(Engineering College,A ir Force Engineering University,Xi πan 710038,China )Abstract:The architecture of avi onic syste m is of great i m portance for reliability,safety,availability,survivability,extensibility and maintainability of the whole aircraft syste m.I ntegrated Modular Avi onics(I M A )is the ne west avi onic architecture,which has been fully used in F 222and F 235with great perfor mances .Devel opment of integrated avi onics in China can get s ome references and experiences fr om I M A and its app licati ons .Based on the evoluti on of avi onics architectures,three maj or fact ors that dr ove the devel opment of I M A are analyzed,and features of I M A are summarized .I M A architecture and its s oft w are architectures are then p resented .The I M A architecture is divided fr om the vie w of infor mati on p r ocessing .T wo of the most typ ical s oft w are architectures used in I M A are compared with each other and the devel opment tendency of s oft w are architecture is discussed .A t last,s ome advices are p resented about how t o research and devel op avi onics architecture in China .Key words:I ntegrated Modular Avi onics (I M A );avi onic architecture;s oft w are architecture;the 4thgenerati on aircraft0 引言如果说发动机是战机的“心脏”,那么军用航空电子系统(简称航电)则是战机的“大脑”或“中枢神经”。
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。
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。
综合化航空电子系统中SMP架构、MPP架构的应用分析
综合化航空电子系统中SMP架构、MPP架构的应用分析【摘要】通过分析联合式航空电子系统存在的问题，介绍综合化航空电子系统的基本结构。
综合核心处理机是综合化航空电子系统的核心组成部分，通过比较SMP结构与MPP结构在综合核心处理机上应用的特点，得出了MPP是未来发展方向的结论。
【关键词】综合化航空电子系统；SMP；MPP1.引言现代航空电子系统是一个由多个系统、多种环境、多项任务、多种资源构成的相互关联、相互支持、相互集成和相互制约的复杂系统，具有多目标、多信息、多专业、多任务、多功能、多资源和多过程支持的显著特征。
在这个前提下，如何满足复杂系统功能、品质、能力、成本等要素的综合优化需求，是新一代航空电子系统发展面临的严峻挑战。
航空电子系统在第三代战机中基本使用联合式架构（又称属地管理架构），在第四代战机中又提出了航空电子系统的综合化技术。
航空电子系统综合化技术就是针对复杂系统特征，根据系统目标、信息、任务、资源、过程特征和一体化思维，通过各自能力的权衡与系统能力组合，通过各自过程效率组织与系统效率集成，通过各自数据融合与系统信息效能合成，实现系统能力、功能、品质、效率和成本最优化的系统技术。
2.联合式航空电子系统2.1 联合式航空电子系统基本结构第三代战机的航空电子系统多使用联合式构架。
在联合式航空电子系统架构中通信、导航、探测以及飞行控制系统等功能子系统中的信息处理和操作均由各自的专用机载计算机完成，各子系统作为功能部件连接到机载多路数据传输总线（1553B）总线上。
显示和控制的信息通过数据总线与各子系统进行交换，所有信息由一个平视显示器和若干个多功能显示器显示。
飞行员通过座舱控制系统输入控制信息。
2.2 联合式航空电子系统存在的问题航空电子系统各子系统内部资源独立配置，各系统独立管理，各个系统使用通信总线进行交互。
这样的结构造成了很多问题，具体如下：1）系统中资源使用频度不同，各部分资源分时使用以及各个系统之间的资源不能共享，造成了各系统中的资源多数时候被闲置，造成资源浪费。
集成模块化航电软件的结构及运行机理
信 息 通 信
Ｉ ＯＲＭ ＡＴ ＯＮ ＆ Ｃ０Ｍ Ｍ ＵＮＩ ＡＴＩ ＮＦ Ｉ Ｃ ＯＮＳ
２ ２ Ｏ１
（ ｕ ． Ｎ １ ９ Ｓｍ ｏ １）
集成模 块化航 电软件 的结构及运行机 理
张 钰 龙
（ 南京航 空航 天大学计算机科 学与技 术学院， 江苏 南京 ２ ０ １ ） １０ ６
Ａｒ ｃ ５ ｉ ６ ３标准 中采用 的航空 电子 系统 软件 结构示意图如 ｎ 图 １ 示： 所
３ ５ ｌａ （ａ） ｕ —（ ＋ ３ ５） ＋ ４ ） （ ． ３ ５Ｘ ４ ）］ ｉ Ｒ Ｚ ｏ ：．Ⅱｒ ５ ４ （ ｒ ． ［ ５ ４ ３ ￣； ｒ ０．４７２， ５ ４ 一 — 一 一 １ ＋５ ５（＋４ ） 一０ —５ ５（—４ ） ４ — ５ ４） 一（ ３ ５ ５ ４ ）３ ５ ５
完全 相 同的并联 梯形 电阻 网络 。当正多边 形 电阻网络边 数
逐渐增大时， 从网络中心到多边形顶点的等效电阻逐渐变小，
当， 等效 电阻趋近于一 个常数 ， 该常数与 各支路 的电阻成正
比。
Ｉ ４ ６７ ４ ００ ４ ７６ ４ ７３ ４ ７２ ４ ７２ ４ ７２ Ｑ） ６． ５ ． ４ ． ４ ． ４ － ４． ４ ．
要任 务 比如侦测、 导、 制 控制等都是在航空 电子系统 的控制 下 完成 的。Ｆ２ －２开启 了战机航 电综合式 时代 ，与之相伴 的航 电
航 空 电子 应
软件化更 是成为重中之重 。 Ｆ２ 在 ．２战机上软件实现 了航 电系 统 ８ ％的功能 ， １０多万行软件代码 。由此可见 ， ０ 有 ７ 计算机软
５００
４８０
４６０ ４４０ ４ ８
航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势
信 息的依存度 也越来越高 。为 了尽可能全面地 了解实时飞行 状 态和 环境 ，民航飞机必须综合利用机载信息设备和海陆空 天多平台网络资源 ， 实现信 息的实时收集 、 处理 、 传输和资源
共享。
模块化是实现航空 电子系统重构 的基础 ，也是未来航空 电子 系 统 的 必 然 发 展 趋 势 。在 航 空 电子 系 统 对 于 综 合 化 程 度 的要求越来越高 的情况下 ，模块化结构 的出现使得庞大而复 杂 的航 电系统得到简化 。通过集成 多个元器件 ，模块化不仅 可 以明显减小航空 电子系统 的体积和重量 ，更减少 了各元器 件之间 的电气连线配合 ，使系统变得更加可靠 。采用通用 的 标准化模块 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 能够使航空电子系统的维修变得更加简便 ， 实现 了系统 的二级维修 ，维修成本也大幅 降低 。近年来集成 信息技术的高速发展使得航空 电子系统的模块化更易于实现 。 但是 ， 航 空电子系统的模块 化是实现其综合化的物理基础 ， 必 须遵从于综合化 的发展要求而发展 。模块化 的发展不 能与航 空 电子系统脱离 ，并且应采用通用标准 以保证一 定程度 的通 用性 。此外 ， 航 空电子系统的模 块必须具有足够的可靠性 ， 能 够实现系统 的检测 、 容错和重构 ， 同时还应尽量减 少开 发时间 以降低 成本 。模块 化与综合化 具有不 同的 内涵和关键 技术 ， 模块化是现代航 空电子 系统的重要技术 手段，而 综合 化才 是
随着信 息技术在 民用飞机 中的广泛应用 ，航空 电子系统 在 民航飞机 成本中所 占的 比例逐渐上升 ，已经成为影响飞机 总成本不可忽视的重要因素之一 。为 了降低 民航飞机 的设计
与制造成本 ， 推进现代 飞机 的发展速度 ， 有必要针对航空 电子
综合模块化航电软件系统测试方法研究综述
（ 中国航空综合技术研究所质量 ３程技术 中心 － 北京 １ ０ ８ ０ ２） ０
（ 南京航 空航 天大学计 算机科 学与技 术学 院 江苏 南京 ２０１） １０６
摘
要
现代 飞行器 系统 中开始广 泛采用综合模块化航 电 Ｉ ＭＡ（ｎｅｒｔ ｄ ｌｒ ｖｏｉ ） Ｉｔ ａ ｄＭｏｕａ Ａ ｉｎ ｓ 体系架构，ＭＡ 中软件 系统 的高质量 ｇ ｅ ｃ Ｉ
已在航 空 、 航天应用领域 开始 得到使 用。我 国也 相应地 建立 了
航 空电子应用软件接 口标准 （ Ｇ Ｂ ３ ７ ） 即： Ｊ ５ ５ 。
１１ Ｉ ． ＭＡ模 块 的架构
一
使得现代 飞行 器的航电系统能有效地应对各类 飞行任务 日益复
杂化所带来 的系统 高性能 、 能复杂性 要求 ， 功 以及 降低 高额的设
。
ｉ ａ ａｙ ｅ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ；ｔｅ ｈ ｖ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ｓｉｇ ｓｒ ｔｇ ｓ ｗ ｌ ａ ｈ ｓｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｕ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｅ ｅ ｓｏ ＭＡ ｏ ｔ ａ ｅ ｓ ｓｅ ｒ ｌ ｓｒ ｔｄ； ｈ ｎ ｔｅ ｏ ｅ ａ ｓ ｌ ｓ ｅ ｔ ｔ ｔａｅ ｙ ａ ｅｌ ｓｔ ｅ ｔ ｔ ｒ ｃ ｄ ｒ ｓｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｖ ｌ ｆＩ ｅ ｎ ｅ ｎ ｆ ｌ ｓ ｆ ｒ ｙ ｔ ｍｓａ ｅｉ ｕ ｔａｅ ｗ ｌ ｉ ｌ ｙｔｅｇ ｎ ｒｌ ｅ ｕｒ ｆ ａ ｌ ｈ ｅ ｅ ａ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｈ ＭＡ ｙ ｔｍ ｅ ｔ ｇ ｅ ｖ ｒｎ ｎ ｓ ａｅ ｂ ｅ ｙ ｅ ｐａ ｎ ｄ ｎ ｅ ｎｓ ｆ ｅＩ ｔ ｓｓ ｅ ｔｓｉ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｒ ｒ ｆ ｘ ｌｉ ｅ ． ｎ ｏ ｉｌ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒｓ Ｉ ｔｇ ａ ｅ ｖｏ ｉｓ Ｓ ｆ ａ ｅ ｔ ｓｉｇ Ｓ ｓｅ ｔ ｓ ｎ Ｔ ｓｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｕ ｅ Ｔ ｓｉ ｇ ｅ ｖ ｒｎ ｎ ｎ ｅ ｔ ｄ ａ ｉｎ ｃ ｏ ｔ ｒ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｅ ｔ ｇ ｒ ｗ ｎ ｉ ｅ ｔ ｒ ｃ ｄ ｒ ｅ ｔ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｎ ｏ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第30卷 第10期航 空 学 报Vol 130No 110 2009年 10月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Oct. 2009收稿日期:2008208228;修订日期:2008211218基金项目:总装备部预研基金(9140A17020307JB3201);空军工程大学工程学院优秀博士论文创新基金(BC07003)通讯作者:褚文奎E 2mail :chuwenkui @1261com 文章编号:100026893(2009)1021912206综合模块化航空电子系统软件体系结构综述褚文奎,张凤鸣,樊晓光(空军工程大学工程学院,陕西西安 710038)Overvie w on Soft w are Architecture of Integrated Modular Avionic SystemsChu Wenkui ,Zhang Fengming ,Fan Xiaoguang(Institute of Engineering ,Air Force Engineering University ,Xi ’an 710038,China )摘 要:作为降低系统生命周期费用(L CC )、控制软件复杂性、提高软件复用程度的重要手段之一,软件体系结构已成为航空计算领域的一个主要研究方向。
阐述了综合模块化航空电子(IMA )的理念,分析了推动IMA 产生和发展的主要因素。
总结了ARINC 653,ASAAC ,GOA 以及F 222通用综合处理机(CIP )上的软件体系结构研究成果,并讨论了IMA 软件体系结构需要解决的若干问题及其发展趋势。
在此基础上,对中国综合航电软件体系结构研究提出了一些见解。
关键词:综合模块化航空电子;软件体系结构;开放式系统;软件工程;军事工程中图分类号:V247;TP31115 文献标识码:AAbstract :As an important means to decrease system life cycle cost (L CC ),control software complexity ,and improve the extent of software reuse ,software architecture has been a mainstream research direction in the aeronautical computer field.This article expatiates the concept of integrated modular avionics (IMA ).Three major factors are analyzed which promote the development of IMA architecture.IMA software architectures presented by ARINC specifications 653,ASAAC ,GOA ,and F 222common integrated processor (CIP )are summarized.Discussion about some problems to be solved and the development trend is made for IMA soft 2ware architecture.Finally ,some views are presented about IMA software architecture research in China.K ey w ords :integrated modular avionics (IMA );software architecture ;open systems ;software engineering ;military engineering 军用航空电子系统(以下简称:航电)是现代战机的“中枢神经”,承载了战机的绝大部分任务,比如电子战、通信导航识别(CN I )系统等,是决定战机作战效能的重要因素。
F 222的航电综合了硬件资源,重新划分了任务功能,标志着战机的航电结构正式演变为综合式。
在此基础上,F 235将航电硬件综合推进到传感器一级,并用统一航电网络取代F 222中的多种数据总线,航电综合化程度进一步提高[1]。
与此同时,航电软件化的概念逐渐凸现。
F 222上由软件实现的航电功能高达80%,软件代码达到170万行,但在F 235中,这一数字刷新为800多万行。
这表明,软件已经成为航电开发和实现现代化的重要手段[2]。
航电综合化和软件化引申的一个重要问题是如何合理组织航电上的软件,使之既能够减少生命周期费用(Life Cycle Co st ,L CC )和系统复杂度,同时又能在既定的约束条件下增强航电软件的复用性和经济可负担性。
此即是航电软件体系结构研究的主要内容。
1 综合模块化航空电子111 综合模块化航空电子理念综合模块化航空电子(Integrated Modular Avi 2onics ,IMA )(注:该结构在国内一般称为综合航电)是目前航电结构发展的最高层次,旨在降低飞机LCC 、提高航电功能和性能以及解决软件升级、硬件老化等问题。
与联合式航电“各子系统软硬件专用、功能独立”的理念不同,IMA 本质上是一个高度开放的分布式实时计算系统,致力于支持不同关键级别的航电任务程序[3]。
其理念概括如下:(1)系统综合化。
IMA 最大限度地推进系统综合,形成硬件核心处理平台、射频传感器共享;高度融合各种传感器信息,结果为多个应用程 第10期褚文奎等:综合模块化航空电子系统软件体系结构综述 序复用;系统能够统一控制、调度和显示,并能辅助飞行员进行战术决策和系统管理。
(2)结构层次化。
IMA通过各类标准接口隔离应用程序与底层硬件实现,使得应用程序只与飞机功能有关而与硬件实现无关,系统无需变更硬件即可载入新的应用程序,增强了软件的可移植性。
同时,更换硬件构件不影响应用程序,有利于解决硬件老化问题。
(3)功能软件化。
为减少配置子系统个数,节省飞机重量、空间和成本,提升资源利用率,并为后续扩展预留空间,IMA越来越多地利用软件取代硬件实现航电功能。
(4)网络统一化。
IMA统一了航电网络,改变了联合式结构中多种数据总线并存的格局,有利于降低成本、减轻系统重量、提高数据传送速度。
(5)产品商用化。
IMA结构中的软硬件尽可能采用商用货架[4](Commercial Off2The2 Shelf,CO TS)产品,推进产品的标准化、模块化,有利于产品移植和降低系统L CC。
(6)调度灵活化。
IMA将应用程序进行细粒度划分,采用周期轮转和/或优先级抢占调度策略确保每个应用程序或安全关键程序的截止期限得到满足。
(7)认证累计化。
IMA强调可负担性,引入安全累计认证思想。
当需要更换或新增某个硬件或软件构件时,只需对此构件进行安全认证即可,无需重新认证整个系统的安全性,有助于减少认证代价。
(8)维护中央化。
IMA引入航电中央维护思想,机上故障预测与健康监控系统与地面维护中心实时连接,形成中央维护系统。
战机远离维修场站时,中央维护系统机上部分能够动态重构航电,持续保持航电功能和性能,机下部分便于视情况维护。
112 推动IMA产生和发展的主要因素纵观航电结构发展历程,推动IMA产生和发展的因素主要有3个:(1)技术发展。
微电子、高性能计算机、半导体、信号处理、软件工程、虚拟仿真等技术在航电领域中的应用,推动了航电向单元模块的细粒度、设备的集约化、体系结构的开放性、系统的高性能等方向发展,为IMA的产生提供了先决技术条件。
(2)性能需求。
20世纪80年代之后,新军事革命思想和复杂环境下的现代战争对战机的任务性能和操作性能提出了越来越高的要求,比如超视距、全天候、全向多目标作战等。
这些性能需求为IMA发展指明了目标和方向。
(3)经济压力。
战机任务性能和操作性能等需求的不断增加,造成飞机LCC日益增长,与减少国防经费开支的理念相悖。
因而突破既有航电格局,增强软件的复用性、硬件的快速可升级性,从根本上减轻经济负担,是对IMA发展的重要约束。
本质上,三者是辩证统一的。
相关技术在航电中的应用推动了IMA的产生和发展,为IMA 实现性能需求、满足约束条件提供了技术支撑。
提高战机性能、降低L CC既依赖于相关技术,又能牵引新技术的发展。
2 IMA软件体系结构软件体系结构是系统初始设计决策的形式化描述,是对系统的整体抽象和把握[5]。
软件体系结构技术致力于结构复用、构件复用,相比面向对象技术致力于代码复用而言,复用程度更高。
较之一般应用软件,航电软件有以下特点:①绝大多数航电软件有实时性要求,需要能及时、正确响应外部发生的随机事件[6]。
②航电是一个安全关键系统[3]。
航电软件的安全性、可靠性关系到整个飞机的安危。
③航电软件是一个复杂的系统。
电子战、CN I、光电等任务程序共享硬件资源和信息,难以割离其间相互影响。
理想的IMA软件体系结构应既能贯彻IMA 的理念,又能体现航电软件的特点。
目前,航空、航天领域产生了4种典型的IMA软件体系结构,分别是ARINC653,ASAAC,GOA以及F222通用综合处理机(Common Integrated Processor, CIP)上的软件体系结构。
211 ARINC653软件体系结构早期ARINC653规范[7]提出的IMA软件结构如图1中实线部分所示。
严格来说,它只是制定了操作系统层和应用软件层之间的标准接口(A PEX),离体系结构的层面相去甚远。
但它引入了程序分区的思想,通过将应用程序分为若干个区,每个分区分配指定的内存空间和CPU时间槽,将失效约束在分区内部,实现分区的“互不干扰”,一定程度上增强了系统的安全性和可预测性。
在应用程序分区基础上,修订的A RINC 653[8]增加了系统分区,如图1中虚线部分所示,以应对可能出现的系统问题,比如外部事件、系统故障等。
3191 航 空 学 报第30卷图1 ARINC653IMA软件体系结构Fig11 ARINC653IMA software architecture目前,基于A RINC653软件体系结构实现的航电操作系统有Integrity2178B,Multicomp utingOS,L ynxOS2178B,CsL EOS,VxWorks A E653等,分别应用在F235,B767,C2130,S292等飞机上[1,9]。
这些应用案例表明,ARINC653不仅支持民用航电[3],也能用于军用航电,尤其是当IMA系统的开放性进一步提高时,CO TS产品在军用航电中的应用空间将会更广。