УДК.681.324
Е. В. КНИГА
ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» им. П. А. Ефимова»,
Санкт-Петербург
ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ БОРТОВЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Рассматривается задача разработки средств контроля бортовых цифровых вычислительных систем класса интегрированной модульной авионики. В результате проведенного исследования были получены: структура унифицированного рабочего места, алгоритм контроля функциональных модулей на рабочем месте и алгоритм контроля бортовой цифровой вычислительной системы на летательном аппарате в процессе полета.
Введение
Бортовые цифровые вычислительные системы (БЦВС) класса интегрированной модульной авионики представляют собой комплексы, состоящие из набора конструктивно-функциональных модулей (КФМ), подобранных в зависимости от назначения системы [5, 7, 8].
Вычислительные системы в составе летательного аппарата (ЛА) выполняют сложные функциональные задачи от определения пилотажно-навигационных параметров во время всех стадий полета до слежения за техническим состоянием бортового оборудования и управления полета.
Отказ БЦВС создает предпосылки к возникновению летного происшествия, поэтому необходимо осуществлять контроль работоспособности (тестирование) БЦВС во время полета на предмет выявления неисправностей и при выявлении отказа проводить реконфигурацию за счет реализованного в системе аппаратно-программного резервирования [1, 2].
В настоящей работе обсуждается проблема контроля бортовой цифровой вычислительной системы класса интегрированной модульной авионики и функциональных компонентов, входящих в ее состав, во время полета летательного аппарата и на заводе-изготовителе в процессе производства.
Алгоритмы работы и контроля БЦВС
БЦВС класса ИМА (рис. 1) представляет собой многомодульную многопроцессорную вычислительную систему [3, 4, 6], выполненную в едином конструктиве, с использованием унифицированных конструктивно-функциональных модулей (КФМ). Номенклатура КФМ для вычислителей ИМА представлена шестью функциональными модулями (ФМ), классифицируемыми в соответствии со своим назначением на: модуль вычислительный (МВ); модуль графический (МГ); модуль ввода-вывода (МВВ); модуль-коммутатор (МК); модуль массовой памяти (МПП); модуль напряжений (МН).
Рисунок 1 – Структурная схема БЦВС.
Принцип построения всех видов КФМ основывается на базовой структуре модуля, функциональная схема которого представлена на рис. 2. Схема включает: узел поддержки модуля (УПМ), интеллектуальный узел электропитания (ИУЭП), узел функций модуля (УФМ), узел связи по межмодульному интерфейсу (УМИ), узел связи с мезонинами (УСМ), узел связи с внешними интерфейсами.
Рисунок 2 – Внутренняя структура базового модуля
В зависимости от типа конструктивно-функционального модуля его внутренняя структура отличается специализированные для этого функционального применения элементами. Для модуля памяти и модуля ввода-вывода добавляются специализированные мезонинные платы, а для модуля коммутатора и графического модуля расширяет узел функций модуля.
На рис. 3 представлен алгоритм работы вычислительной системы.
Рисунок 3 – Алгоритм работы БЦВС
После подачи питающих напряжений проводится тест начального включения каждого из модулей, результат тестирования выдается в модули памяти. При успешном выполнении теста устанавливается сигнал исправности и загружается функциональное программное обеспечение. Далее выполняются циклы ФПО. После каждого из циклов ФПО проводится тест. В зависимости от наличия или отсутствия разовой команды «автоматический контроль» тест проводится в режиме стандартного контроля или в режиме расширенного контроля. Результат тестирования выдается в модули памяти. При успешном выполнении теста устанавливается сигнал исправности и продолжается выполнение следующего цикла ФПО. При неудачном выполнении теста при наличии дополнительных ресурсов в системе, проводится реконфигурация. При отсутствии возможности реконфигурации, снимается сигнал исправности и вычислительная система считается отказавшей.
На рис. 4 слайде представлен алгоритм теста начального включения.
а)
б)
Рисунок 4 – Алгоритмы теста начального включения:
а) последовательная схема проверки, б) параллельная схема проверки.
В системах 4-ого поколения возможна реализация только последовательной схемы проверки. Таким образом, проверялись составные части (элементы памяти, процессор, каналы ввода-вывода) одного модуля, проверялся результат и при успешном выполнении теста переходили к следующему модулю и так далее тестировались все модули, входящие в систему.
В системах 5-ого поколения появилась возможность реализации параллельной схемы проверки. Тогда все модули, входящие в систему, тестируются параллельно. После этого, по результат тестирования устанавливается сигнал тестирования и система переходит к следующему шагу или, если тестирование выполнено с отрицательным результатом, сигнал исправности снимается и вычислительная система считается отказавшей.
На рис. 5 представлен алгоритм режима расширенного контроля. Данный контроль основан на внешнем функциональном контроле с введением процедуры мажорирования. Алгоритм тестирования для одного модуля проводится следующим образом. ФМ1 проходит тест, инициированный ФМ2 и передает результат теста обратно в ФМ2, который при получении результата сравнивает его с эталонным, который хранится в его памяти и передает результат - прошел или не прошел тест ФМ1 - модулю арбитру. Так происходит три раза. т. е. ФМ1 проходит тест, инициированный ФМ2, ФМ3 и ФМ4. Далее, модуль-арбитр (рис. 6) собирает все результаты от функциональных модулей и определяет исправный модуль или отказавший: если хотя бы два из трех модулей сказали, что тест выполнен успешно, то модуль считается исправным.
Рисунок 5 – Алгоритм расширенного контроля для одного функционального модуля (ФМ).
Рисунок 6 Алгоритм анализа данных контроля модулем-арбитром.
Унифицированное рабочее место проверки
Рабочее место проверки конструктивно-функциональных модулей состоит из аппаратной и программной частей. Аппаратная часть состоит из: инструментальной электронно-вычислительной машины, технологических модулей для обеспечения информационного обмена по каналам SpaceWire, мультиплексному каналу информационного обмена, по ARINC-429 и для обеспечения приема и выдачи графического изображения, принтера, комплекта соединительных жгутов и источников питания. Программная часть состоит из инструментальной программы, установленной на ИЭВМ и различных тестов для проверки элементов модуля.
На рис. 7 представлена функциональная схема унифицированного автоматизированного рабочего места (УАРМ): инструментальная электронно-вычислительная машина, принтер, источники питания, технологические модули, вставляемые в PCI слот ИЭВМ, программное обеспечение тестов. Разными линиями показано подсоединение необходимых технологических модулей для КФМ. для МК, МПП и МВ необходим один технологический модуль для обмена по интерфейсу SpaceWire. Для модуля ввода-вывода необходим дополнительно технологический модуль, обеспечивающий обмен по последовательным каналам, разовым командам и мультиплексному каналу. Для графического модуля требуется технологический модуль для обмена по SpaceWire и визуализатор, обеспечивающий прием и выдачу графического изображения по ARINC818 и подключающийся в DVI слот монитора.
Рисунок 7 – Функциональная схема УАРМ.
Заключение
В работе был представлен обобщенный алгоритм работы бортовой цифровой вычислительной системы, а также структура унифицированного рабочего места проверки.
Алгоритм работы системы в период реконфигурации зависит от распределения задач на конструктивно-функциональные модули в составе системы. Реконфигурация возможно только при наличии дополнительных ресурсов на уже используемых модулях или при наличии модулей в резерве.
Автоматизированные рабочие места проверки КФМ в концепции интегрированной модульной авионики должны обеспечивать высокий уровень контроля аппаратных компонентов модуля, модульное построение программного обеспечения с разделением тестирования каждого компонента, открытость архитектуры рабочего места. Целью создания унифицированного рабочего места является обеспечения возможности изменения объема контроля и сложности внутренних узлов изделия и возможности контроля изделий одного класса с использованием единых аппаратных и программных компонентов.
ЛИТЕРАТУРА
1. К распределению функциональных ресурсов в отказоустойчивых многомашинных вычислительных системах // Приборы и Системы. Управление, контроль, диагностика. – 2001. – № 12. – С. 1–5.
2. , , Беззубов межмашинного обмена в дублированных вычислительных комплексах // Изв. вузов. Приборостроение. – 2012. – Т. 55. – № 3. – С. 8–13.
3. , , Шек-Иовсепянц построения крейта бортовой многопроцессорной вычислительной системы для авионики пятого поколения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2010. – № 4 (68). – С. 21–27.
4. , , и др. Отечественная платформа интегрированной модульной авионики для перспективных гражданских самолетов и вертолетов / // Изв. ЮФУ. Техн. науки. – 2012. №3. – С. 133-140
5. , , Жаринов вычислительного процесса в многомашинном бортовом вычислительном комплексе // Известия вузов. Приборостроение, 2006, Т. 49, №6, с.41-50.
6. , Жаринов бортовые вычислительные системы: обзор современного состояния и анализ перспектив развития в авиационном приборостроении // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2013. – № 2 (84). – С. 1–17.
7. , , Сельвесюк развития комплексов бортового оборудования на базе интегрированной модульной авионики // Изв. ЮФУ. Технические науки – 2013, №3 (140), с.55-62.
8. , , Ковязин интегрированные вычислительные комплексы вертолетов // Авиакосмическое приборостроение, 2012, №2, с.27-32
