基于模態(tài)的IMA處理機驗證評估技術(shù)研究

王明　解文濤　王衛(wèi)東　張蕾

摘 要：針對IMA處理機面向航電系統(tǒng)應(yīng)用任務(wù)的支撐能力開展綜合驗證，介紹了基于模態(tài)的IMA處理機綜合驗證評估的思路和技術(shù)。通過驗證不同典型模態(tài)的系統(tǒng)級模擬應(yīng)用任務(wù)和故障注入，驗證評估IMA處理機作為綜合處理計算資源平臺的軟硬件支撐能力。

關(guān)鍵詞：IMA 故障注入 驗證評估

中圖分類號：U461 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（c）-0011-03

IMA綜合處理機應(yīng)用于機載航電系統(tǒng)，為航電系統(tǒng)提供公共計算軟硬件資源，其承擔任務(wù)的復(fù)雜性和多樣性日益加劇，資源共享程度日趨增強，勢必要對其作為計算資源平臺的軟硬件支撐能力進行驗證和評估。針對各種典型應(yīng)用工作模態(tài)下，軟硬件資源的使用和消耗情況進行早期驗證和評估，為系統(tǒng)設(shè)計降低早期風(fēng)險。

1 IMA綜合處理機介紹

IMA綜合處理機作為機載航電系統(tǒng)的核心計算平臺，具備數(shù)據(jù)處理、存儲管理、接口處理、總線傳輸、FC交換網(wǎng)絡(luò)通信、圖形圖像處理、視頻綜合處理、自檢測、智能供電管理以及系統(tǒng)管理等功能。它采用高安全、分區(qū)操作系統(tǒng)，為航空電子系統(tǒng)任務(wù)綜合化提供支持。IMA綜合處理機通過運行應(yīng)用軟件，完成各類處理、決策、管理等。

2 綜合驗證功能需求

綜合驗證設(shè)備用于提供系統(tǒng)級的仿真激勵，支持面向應(yīng)用所需資源的仿真和能力驗證測試，提供故障類型的模擬及故障處理，進行控制模態(tài)的仿真。驗證IMA處理機平臺的功能、性能、環(huán)境適應(yīng)能力和性能。主要功能如下。

（1）提供IMA處理機內(nèi)的典型應(yīng)用模態(tài)測試軟件。

（2）對與IMA處理機相關(guān)聯(lián)的典型設(shè)備的工作模態(tài)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、處理流程以及典型數(shù)據(jù)進行仿真，實現(xiàn)對IMA處理機的激勵。

（3）提供對IMA處理機注入故障的能力。

（4）提供典型應(yīng)用模態(tài)的仿真控制和監(jiān)控。

（5）控制仿真器模擬仿真各種外部場景。

（6）實時分析評估處理機在典型應(yīng)用模態(tài)下各個模塊計算資源的占用率、實時性、總線網(wǎng)絡(luò)通信的占用率和出錯率等性能。

（7）能驗證IMA處理機在典型和極限使用工況下的功能、性能。

2.1 典型應(yīng)用模態(tài)的選取

選取應(yīng)用級典型模態(tài)功能進行模擬應(yīng)遵循以下原則。

（1）每個應(yīng)用功能不能跨兩個模塊運行。

（2）選取對資源消耗最大使用模式。

（3）選取典型應(yīng)用功能以覆蓋所有IMA處理機資源使用為目標。

任務(wù)包線上任務(wù)階段可分為：任務(wù)階段1、任務(wù)階段2……任務(wù)階段m等。

典型工作模態(tài)有：模態(tài)1、模態(tài)2……模態(tài)n等。

2.2 工作模態(tài)與資源使用的關(guān)系

梳理典型功能工作模態(tài)與計算平臺資源使用關(guān)系，結(jié)果見表1。

在飛行任務(wù)包線上，根據(jù)每個典型模態(tài)，分別啟動相應(yīng)模塊上的模擬應(yīng)用軟件，調(diào)配所需的模擬器資源，采用最大資源消耗的方式進行能力驗證，動態(tài)評估相關(guān)模塊和組件上資源的使用情況，以確定是否符合設(shè)計預(yù)期；另一方面可以根據(jù)需要調(diào)整所承擔的應(yīng)用任務(wù)，可以分析評估應(yīng)用任務(wù)分配是否合理。基于任務(wù)包線典型模態(tài)的IMA處理機綜合驗證示意圖見圖1。

3 綜合驗證系統(tǒng)實施關(guān)鍵點

綜合驗證系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖2所示。

3.1 綜合測試驗證控制臺軟件需求

控制IMA處理機平臺、測試軟件以及各仿真器的運行，記錄、分析IMA處理機輸出結(jié)果，實現(xiàn)測試自動化。功能要求如下。

（1）運行于總控臺中，控制管理調(diào)度驗證設(shè)備中的各個測試組件。

（2）配置啟動管理加載執(zhí)行IMA處理機內(nèi)部的測試驗證軟件。

（3）實現(xiàn)總控臺測試驗證界面管理和后臺自動測試控制。

（4）監(jiān)控記錄驗證全過程的各種數(shù)據(jù)狀態(tài)信息。

（5）實時分析顯示評估過程，可配置輸出測試結(jié)果。

3.2 前端仿真器需求

能夠?qū)εcIMA處理機相關(guān)的設(shè)備和系統(tǒng)的典型數(shù)據(jù)與處理流程進行仿真，完成激勵模擬以及輸出顯示，該設(shè)備通過測試以太網(wǎng)受控于總控臺。前端仿真器軟件的典型組成如下。

（1）模擬該類設(shè)備的典型工況和數(shù)據(jù)接口級特性的仿真。

（2）任務(wù)執(zhí)行周期設(shè)定和起止時刻控制。

（2）受控于驗證總控軟件的總體調(diào)度配置和控制。

3.3 IMA處理機內(nèi)部模擬應(yīng)用軟件需求

模擬應(yīng)用軟件用于模擬各種典型應(yīng)用任務(wù)對處理機的資源占用。每種應(yīng)用軟件的基本典型組成如下。

（1）數(shù)據(jù)/信號/處理資源消耗軟件組件。

（2）數(shù)據(jù)存儲資源消耗軟件組件。

（3）接口和網(wǎng)絡(luò)通信資源消耗軟件組件。

（4）圖形圖像處理資源消耗軟件組件。

（5）任務(wù)執(zhí)行周期設(shè)定和起止時刻控制軟件組件。

3.4 IMA處理機內(nèi)部資源評估軟件

資源評估軟件駐留在處理機的各個模塊內(nèi)部，實時監(jiān)控模塊資源使用工況，模塊評估軟件的典型功能包括以下幾點。

（1）監(jiān)控處理器資源的實時動態(tài)占用率和狀態(tài)。

（2）監(jiān)控通信接口的實時動態(tài)占用率和狀態(tài)。

（3）監(jiān)控模塊內(nèi)其他資源的實時狀態(tài)。

（4）受控于驗證總控軟件的總體調(diào)度配置和控制。

4 結(jié)語

基于模態(tài)IMA綜合處理機的綜合驗證，重點在于分析任務(wù)包線中典型應(yīng)用模態(tài)下不同任務(wù)與處理機平臺中模塊組件的關(guān)系，開發(fā)典型的模擬應(yīng)用軟件和模塊評估軟件，分析不同典型模態(tài)下多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行對處理機資源的實時占用情況，從而對IMA處理機軟硬件資源對應(yīng)用的支撐能力做出有效的支撐評估。

參考文獻

[1] 蒲小勃.現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)與綜合[M].北京： 航空工業(yè)出版社，2013.

[2] 鄭軍，胡軍，柯昌博，等.綜合模塊化航電軟件系統(tǒng)測試方法研究綜述[J].計算機應(yīng)用與軟件，2012（5）：163-168.

[3] 馬銀才，張興媛.航空機載電子設(shè)備[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[4] 曹全新，王學(xué)鋒，胡興榮.航空電子綜合仿真系統(tǒng)研究[J].測控技術(shù)，2008，27（2）：76-79.

[5] 趙紅軍，蔡志勇，程海峰.現(xiàn)代飛機航電系統(tǒng)集成驗證方法研究[C]//中國航空學(xué)會第五屆中國航空學(xué)會青年科技論壇.2012.