航空航天嵌入式計算機(jī)體系架構(gòu)評估模型研究

孫魁元

摘 要：航空航天嵌入式計算機(jī)具有很多不同的特點，但是在整體構(gòu)架當(dāng)中，其所具有的共通性也非常多。從飛機(jī)中央控制臺、導(dǎo)彈的制導(dǎo)計算機(jī)以及星載控制計算機(jī)這幾種典型的嵌入式計算機(jī)進(jìn)行分析可以得到其共通性技術(shù)的組成，以及計算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)的共通性。從而歸納出評價維度以及構(gòu)建評估模型。

關(guān)鍵詞：航空航天 嵌入式 計算機(jī)體系 評估模式

中圖分類號：TP33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0022-02

航空電子系統(tǒng)在近年來發(fā)展的越來越快，越來越多的新技術(shù)應(yīng)用其中，使其換代速度越來越快。綜合模塊化的航電系統(tǒng)技術(shù)越來越成熟，微電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使其得到了更加快速的發(fā)展。航天電子系統(tǒng)的小型化技術(shù)也越加成熟，模塊化技術(shù)的大量應(yīng)用使其可靠性也得到了增加。

1 典型的嵌入式構(gòu)架及共性技術(shù)

典型的嵌入式計算機(jī)有飛機(jī)主操作臺、導(dǎo)彈的指導(dǎo)控制計算機(jī)系統(tǒng)以及星載計算機(jī)系統(tǒng)，這3種嵌入式計算機(jī)各有特點，服務(wù)于不同的功能。首先通過分析找出三者之間的共性技術(shù)，這三者的架構(gòu)示意圖如圖1，構(gòu)架特征見表1。

航空航天領(lǐng)域的承載平臺相對較小，對重量要求較為嚴(yán)格，并且對可靠性的要求非常高，使用功能也非常復(fù)雜，因此其嵌入式計算機(jī)的體系構(gòu)架形式也非常多。但在技術(shù)上也仍然有非常多的共通性。首先，其都是以模塊化的模式進(jìn)行構(gòu)架，在構(gòu)架中以可更換模塊作為最基本的硬件構(gòu)件。這些模塊包括處理模塊、端口模塊以及網(wǎng)絡(luò)連接模塊。這些可更換模塊既在系統(tǒng)的正常運行當(dāng)中起到一定的作用，同時也能在其他可更換模塊出現(xiàn)故障或者脫離系統(tǒng)時進(jìn)行有效、及時的診斷。甚至可以在斷開電源的情況下對可更換模塊進(jìn)行更換，從而使發(fā)生故障的部分能夠重新投入工作。通過診斷問題模塊和可替換模塊，能夠使計算機(jī)系統(tǒng)得到更好的可維護(hù)性能。其次，將數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用作為中心。網(wǎng)絡(luò)作為計算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，目前的高速網(wǎng)絡(luò)主要有光纖和AFDX以及TTE總線等。再次，嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)具有非常強(qiáng)大的綜合性能，其擁有非常強(qiáng)大的信息共享能力，并通過系統(tǒng)實現(xiàn)了集成化的功能。

2 評估建模遵循開放性的標(biāo)準(zhǔn)

航空航天嵌入式計算機(jī)構(gòu)架中共同特點較多，可以從總體的架構(gòu)、成本的控制和適應(yīng)發(fā)展這三方面入手。如表2所示。模塊化或者網(wǎng)絡(luò)中心的綜合性架構(gòu)設(shè)計，不僅只能在嵌入式計算機(jī)中應(yīng)用，也可以將其歸屬到“通用框架”內(nèi)。使用集約化的設(shè)計模式，能讓整體的控制思路更有效，也能維系其使用壽命。航空航天嵌入式的計算機(jī)能被納入到“適應(yīng)發(fā)展”時期，在使用COTS降低現(xiàn)有成本的情況下，可以讓所有的貨源供給更好，并能提高系統(tǒng)的整體拓展性。

2.1 通用框架

通用框架需要由模塊化和網(wǎng)絡(luò)化為中心開設(shè)，兩方中的任何一方出現(xiàn)問題都會有悖通用框架的使用。使用模塊化關(guān)注主要是將系統(tǒng)分化成幾個小的部分，這樣就能讓模塊的安全機(jī)制滿足可維修性要求。網(wǎng)絡(luò)為中心的表現(xiàn)是要求使用多個計算機(jī)構(gòu)成要素，彼此之間相互連接，形成互通和共享信息，然后能將物理上分布的差異看成是計算機(jī)資源的一體化構(gòu)成要素，從而降低成本，讓系統(tǒng)的維護(hù)性和拓展性達(dá)到最優(yōu)。但在此要求網(wǎng)絡(luò)的連通性和確定性能更好。

2.2 成本控制

成本控制評價的方式有兩類，分別是集約化和長壽化這兩類較為矛盾的思路，其中使用何種控制方式需要根據(jù)場合做決定。節(jié)約化主要是使用較少的代價能滿足計算機(jī)的系統(tǒng)使用要求，在縮短生產(chǎn)和使用周期期間，減少體積和重量的能耗。長壽命主要體現(xiàn)在可靠性和可維護(hù)性這兩方面內(nèi)容。集約化評價維度，評判的原則是系統(tǒng)僅做少量的精簡設(shè)計，在減少不必要元器件的同時，在可靠性能獲得保障的情況下縮短余度，從而能在相近的功能和結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)一體化的設(shè)計要求，這就能滿足緊湊型布局要求。

3 結(jié)語

隨著航空航天嵌入式計算機(jī)水平的日益提高，體系架構(gòu)的上的優(yōu)勢也彰顯出來。該文主要概述航空航天內(nèi)嵌入式計算機(jī)的主要特征，通過系統(tǒng)化的評估體系建立，可以綜合評價ICP架構(gòu)系統(tǒng)。結(jié)合評價中的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，能表明體系架構(gòu)模型使用的有效性。該文希望通過評價模式能為嵌入式計算機(jī)的使用提供適當(dāng)?shù)膮⒖肌?/p>

參考文獻(xiàn)

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