基于大型飛機(jī)的綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)研究

楊 濤 楊軍祥 王純委 劉 宇

（中國航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710065）

基于大型飛機(jī)的綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)研究

楊 濤 楊軍祥 王純委 劉 宇

（中國航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710065）

綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)為綜合處理機(jī)的綜合測試和演示驗證提供支持平臺，文章介紹了基于大型飛機(jī)的綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)的實現(xiàn)。綜合處理機(jī)作為航電系統(tǒng)的核心，在航電系統(tǒng)綜合前對其先進(jìn)行充分的綜合測試驗證，這將為航電系統(tǒng)的綜合打下堅實的基礎(chǔ)。

綜合驗證；模擬座艙；故障注入

綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)，是進(jìn)行綜合處理機(jī)綜合仿真、測試驗證的必備環(huán)境。大飛機(jī)航空電子系統(tǒng)的綜合化，不僅帶來綜合處理機(jī)設(shè)計技術(shù)的全面提升，也帶來了研制流程的變化。在研制流程上，大飛機(jī)綜合處理機(jī)強(qiáng)調(diào)子系統(tǒng)驗證和系統(tǒng)模擬仿真驗證的過程。綜合處理機(jī)系統(tǒng)綜合驗證通過在設(shè)計之初各子系統(tǒng)提出的對處理資源需求、處理流程、通信需求、實時性需求、容錯需求等內(nèi)容（但不關(guān)注具體的算法、數(shù)據(jù)、內(nèi)容），先行進(jìn)行模擬仿真測試，從而降低后期航電系統(tǒng)設(shè)計和任務(wù)綜合的風(fēng)險。

1 綜合處理機(jī)介紹

綜合處理機(jī)作為大型飛機(jī)航電系統(tǒng)的綜合信息處理平臺，具有：工作模式控制與資源管理，信息處理及數(shù)據(jù)計算，大容量數(shù)據(jù)存儲、記錄，AFDX網(wǎng)絡(luò)通信及網(wǎng)絡(luò)管理，健康監(jiān)控及中央維護(hù)等基本功能。

2 綜合驗證系統(tǒng)功能

根據(jù)綜合處理機(jī)功能，綜合驗證系統(tǒng)包含下述功能：

（1）IPC外部測試激勵信號及IPC接口輸出檢測功能；

（2）航電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)仿真功能，提供IPC綜合測試所需的各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)；

（3）航電傳感器模擬功能，為IPC綜合測試提供傳感器仿真數(shù)據(jù)；

（4）綜合顯示控制功能，提供顯示處理仿真設(shè)備及顯示模擬器，用于系統(tǒng)綜合測試過程中典型應(yīng)用測試畫面顯示及顯示控制；

（5）綜合測試控制及顯示功能，實現(xiàn)IPC的自動化綜合驗證及測試過程、測試構(gòu)型及數(shù)據(jù)流的顯示；

（6）數(shù)據(jù)加卸載過程測試功能，包括ARINC615A加卸載過程測試及 ARINC615數(shù)據(jù)加卸載過程測試，提供ARINC615A數(shù)據(jù)加載器，用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)加卸載過程測試；

（7）綜合故障注入功能，包括軟件故障注入和硬件故障注入；

（8）系統(tǒng)維護(hù)調(diào)試功能，用于系統(tǒng)集成過程中軟件調(diào)試及加載；

（9）軍用任務(wù)加卸載過程測試功能；

（10）AFDX網(wǎng)絡(luò)配置及通信功能測試；

（11）網(wǎng)絡(luò)時鐘同步測試功能；

（12）網(wǎng)絡(luò)管理測試功能；

（13）余度供電、PSM管理過程測試功能；

（14）數(shù)據(jù)捕獲過程測試功能，包括捕獲數(shù)據(jù)監(jiān)控、記錄及卸載功能測試及數(shù)據(jù)符合性驗證；

（15）系統(tǒng)故障管理過程測試功能；

（16）飛行管理應(yīng)用測試功能，模擬飛機(jī)飛行各階段；

（17）中央維護(hù)應(yīng)用測試功能；

（18）IPC狀態(tài)監(jiān)控與顯示，實時監(jiān)測并動態(tài)顯示各CPM模塊、MMM模塊運(yùn)行狀態(tài)。

3 綜合驗證系統(tǒng)簡介

綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)型圖如圖 1所示。綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

航電子系統(tǒng)仿真器，包括顯示處理單元（DPU）仿真器、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集中器（RDC）仿真器、無線電接口單元（RIU）仿真器、機(jī)電管理計算機(jī)（EMP）仿真器、主飛控計算機(jī)（PFC）仿真器、任務(wù)管理計算機(jī)（MMC）仿真器。航電子系統(tǒng)仿真器分別與兩臺綜合處理機(jī)中的交換機(jī)交聯(lián)，用來仿真與綜合處理機(jī)交聯(lián)的機(jī)載設(shè)備的數(shù)據(jù)流接口，為綜合處理機(jī)綜合驗證提供仿真數(shù)據(jù)。

航電傳感器模擬器，包括慣導(dǎo)（INS）模擬器、大氣機(jī)（ADC）模擬器、自動飛行（AFCC）模擬器、發(fā)參采集器模擬器、機(jī)載防撞設(shè)備模擬器、近地告警設(shè)備模擬器、氣象雷達(dá)模擬器、視景增強(qiáng)設(shè)備模擬器。航電傳感器模擬器通過RDC仿真器將飛機(jī)傳感器的主要數(shù)據(jù)傳輸給綜合處理機(jī)，支持綜合處理機(jī)的綜合測試、演示功能的實現(xiàn)。

飛行環(huán)境仿真器以飛行方程為核心，模擬飛機(jī)的起飛、爬升、巡航、下降和著陸等飛行過程，同時，模擬飛機(jī)的自身和外部環(huán)境，向航電傳感器提供激勵數(shù)據(jù)，采集座艙操縱機(jī)構(gòu)信息，形成人在回路的飛行仿真，支持綜合處理機(jī)的綜合演示功能。

模擬座艙由五臺大屏幕液晶顯示器、駕駛桿（游戲桿）、油門桿（游戲桿）組成，顯示飛機(jī)的飛行信息和飛行操控。

綜合驗證系統(tǒng)操控設(shè)備是綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)的核心，完成系統(tǒng)調(diào)度與管理、測試用例的執(zhí)行、AFDX/429數(shù)據(jù)加載、AFDX數(shù)據(jù)采集、仿真器控制、總線監(jiān)控等功能。

故障注入設(shè)備模擬產(chǎn)生并注入系統(tǒng)故障，故障注入方式包括硬件直接注入和軟件注入兩種。

綜合顯示設(shè)備用來顯示驗證環(huán)境的構(gòu)型信息、仿真數(shù)據(jù)、測試過程信息、測試狀態(tài)信息等，是航電傳感器模擬器、航電子系統(tǒng)仿真器和操控設(shè)備的顯示終端。

供電設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備支持綜合處理機(jī)的正常運(yùn)行。

航電傳感器模擬器通過以太網(wǎng)與RDC仿真器、飛行環(huán)境仿真器連接，飛行環(huán)境仿真器向航電傳感器模擬器輸出飛行環(huán)境激勵信息，航電傳感器模擬器根據(jù)飛行環(huán)境激勵信息產(chǎn)生傳感器數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)傳輸給RDC仿真器，RDC仿真器將這些數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為AFDX格式數(shù)據(jù)，傳輸給航電子系統(tǒng)仿真器和綜合處理機(jī)，形成綜合處理機(jī)外圍仿真環(huán)境，支持綜合處理機(jī)的綜合測試和綜合演示功能。

航電子系統(tǒng)仿真器通過AFDX網(wǎng)絡(luò)與綜合處理機(jī)中的交換機(jī)模塊連接，為綜合處理機(jī)綜合驗證提供仿真數(shù)據(jù)，同時，航電子系統(tǒng)仿真器通過以太網(wǎng)與綜合驗證系統(tǒng)操控設(shè)備連接，接收綜合驗證系統(tǒng)操控設(shè)備的控制指令，完成演示程序與測試程序之間的切換，實現(xiàn)綜合處理機(jī)的綜合演示功能和對綜合處理機(jī)的自動化測試功能。DPU仿真器通過DVI總線與模擬座艙交聯(lián)，將飛行參數(shù)顯示信息傳輸給大屏幕液晶顯示器進(jìn)行顯示。

綜合顯示設(shè)備與航電傳感器模擬器、航電子系統(tǒng)仿真器和綜合驗證系統(tǒng)操控設(shè)備交聯(lián)，通過視頻切換器，切換顯示各部分的參數(shù)、狀態(tài)、過程信息。

圖1　綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)構(gòu)型圖

綜合驗證系統(tǒng)操控設(shè)備通過AFDX、RS232、離散量等總線與IPC交聯(lián)、通過以太網(wǎng)與航電子系統(tǒng)仿真器交聯(lián)、通過DVI與綜合顯示設(shè)備交聯(lián)，完成IPC的自動化測試、仿真器的狀態(tài)切換、狀態(tài)和過程信息的顯示。

4 綜合驗證系統(tǒng)的功能與組成

4.1航電子系統(tǒng)仿真器

4.1.1DPU仿真器

（1）DPU仿真器通過接收FMS、CMS、大氣、慣導(dǎo)及無線電等數(shù)據(jù)并處理，進(jìn)行顯示畫面生成和重構(gòu)，驅(qū)動顯示器綜合顯示下述主要信息：

（2）飛機(jī)飛行信息，包括姿態(tài)、速度、高度、航向等主要飛行信息等；

（3）飛機(jī)導(dǎo)航信息；

（4）系統(tǒng)維護(hù)信息及操作控制等。

4.1.2RDC接口仿真器

（1）動態(tài)接收傳感器模擬器發(fā)送的飛行數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成總線數(shù)據(jù)，將總線數(shù)據(jù)發(fā)送給IPC；

（2）對 615加載數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，包括加載數(shù)據(jù)的AFDX轉(zhuǎn)429和響應(yīng)數(shù)據(jù)的429轉(zhuǎn)AFDX；

（3）接收綜合驗證操控設(shè)備下發(fā)的控制指令。

4.1.3RIU接口仿真器

（1）動態(tài)接收飛行環(huán)境發(fā)送的組合導(dǎo)航、塔康、羅盤等無線電通信導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成總線數(shù)據(jù), 并將總線數(shù)據(jù)發(fā)送給IPC；

（2）接收綜合驗證操控設(shè)備下發(fā)的控制指令。RIU接口仿真器通過商用以太網(wǎng)交換機(jī)與綜合驗證操控設(shè)備連接，接收綜合驗證操控設(shè)備下發(fā)的控制指令。

4.1.4MMC接口仿真器

（1）提供任務(wù)系統(tǒng)與總線網(wǎng)絡(luò)的交互數(shù)據(jù)仿真，采用靜態(tài)數(shù)據(jù)仿真；

（2）接收綜合驗證操控設(shè)備下發(fā)的控制指令。

4.1.5EMP接口仿真器

（1）提供供電、燃油、液壓、艙門、環(huán)控、防冰、起落架、防火、接觸器等飛機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)接口仿真，采用靜態(tài)數(shù)據(jù)；

（2）接收綜合驗證操控設(shè)備下發(fā)的控制指令。

4.1.6PFC接口仿真器

（1）提供飛控系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)模擬，采用靜態(tài)數(shù)據(jù)；（2）接收綜合驗證操控設(shè)備下發(fā)的控制指令。

4.2航電傳感器模擬器

（1）動態(tài)接收飛行環(huán)境發(fā)送的慣導(dǎo)、大氣、自動飛行、發(fā)參、機(jī)載防撞、近地告警等相關(guān)飛行數(shù)據(jù)；

（2）模擬慣導(dǎo)/衛(wèi)星組合導(dǎo)航設(shè)備、模擬大氣數(shù)據(jù)設(shè)備、自動飛行系統(tǒng)、發(fā)參采集設(shè)備、機(jī)載防撞設(shè)備、近地告警設(shè)備、氣象雷達(dá)、視景增強(qiáng)設(shè)備的接口數(shù)據(jù)發(fā)送；

（3）模擬ARINC615被加載端，實現(xiàn)對615加載數(shù)據(jù)的接收和指令響應(yīng)。

4.3綜合驗證操控設(shè)備

（1）實現(xiàn)驗證測試過程的自動控制與管理，并運(yùn)行測試用例；

（2）仿真RTC；

（3）仿真網(wǎng)絡(luò)通信測試數(shù)據(jù)流；

（4）測試用例測試判據(jù)、測試結(jié)果管理；

（5）監(jiān)控AFDX數(shù)據(jù)流，支持測試用例的運(yùn)行；

（6）提供615A加載器功能；

（7）提供615加載器功能；

（8）仿真器顯示界面的切換等。

4.4故障注入設(shè)備

（1）通過 AFDX板卡模擬錯誤幀的發(fā)送，實現(xiàn)軟件故障注入功能；

（2）采集2個IPC的離散量狀態(tài)，模擬IPC外部離散量輸入，并模擬2個IPC的模塊復(fù)位信號，支持硬件故障注入功能；

（3）通過RS232接口獲取4個交換機(jī)的端口連接狀態(tài)、錯誤幀計數(shù)，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的在線信息，軟硬件版本信息等，實現(xiàn)IPC工作狀態(tài)顯示，并實時刷新。

4.5飛行環(huán)境模擬器

對飛機(jī)飛行模擬，提供逼真的飛機(jī)飛行仿真運(yùn)動參數(shù)，向綜合航電有關(guān)的分系統(tǒng)提供所需的環(huán)境參數(shù)。

4.6模擬座艙

模擬飛機(jī)駕駛艙，見圖2，用于DPU仿真器驅(qū)動的大屏幕顯示器、任務(wù)加卸載卡座及飛行操縱手柄的安裝，支持測試人員進(jìn)行典型用例測試。包括簡易模擬座艙，15寸液晶顯示器5個，3、4號顯示器為觸屏。

圖2　模擬座艙

圖3　綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)布局結(jié)構(gòu)示意圖

5 結(jié)束語

基于大型飛機(jī)的綜合處理機(jī)綜合驗證系統(tǒng)，作為與子系統(tǒng)開發(fā)驗證同步的綜合處理機(jī)整機(jī)驗證過程，分別從處理機(jī)和子系統(tǒng)兩個角度對綜合處理機(jī)進(jìn)行驗證，使得設(shè)計缺陷或錯誤能夠被盡早發(fā)現(xiàn)，為主機(jī)所進(jìn)行航電系統(tǒng)綜合打下了堅實的基礎(chǔ)。

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Integrated authentication system research based on the large aircraft integrated processor

Integrated processor integrated authentication system for testing and demonstration of comprehensive processor support platform, this paper introduces the integrated processor integrated authentication system based on large aircraft. Integrated processor as the core of the avionics system in the integrated avionics system before its first fully integrated test verification, this will be to lay a solid foundation for integrated avionics system。

Comprehensive validation; simulation cockpit; fault injection

V271.4

A

1008-1151(2015)06-0017-03

2015-05-11

楊濤（1981－），男，陜西武功人，中國航空計算技術(shù)研究所工程師，碩士，研究方向為機(jī)載計算機(jī)硬件設(shè)計與調(diào)試。