IMA2G的技術領域發展發現和IMA2G研究與實現詳細資料免費下載

　　IMA1G已經廣泛應用于軍民用航電系統中，IMA2G 時代即將到來。與IMA1G 相比較，IMA2G在功能、功耗、體積、重量以及成本各方面都有絕對的優勢，IMA2G技術已引起國內外學術界和產業界的高度重視，相關研究領域已取得了許多研究進展，但仍然存在許多挑戰性的課題。該文首先深入論述了國外IMA2G相關關鍵技術領域發展，然后介紹了我們的IMA2G研究方案、研究成果以及測試驗證情況，最后指出了下一步的研究工作。

　　作為第一代綜合化航電系統IMA1G（ first Genernation Intergated Modular Avionics）標志的F35航電系統誕生已經16年，隨后采用IMA1G技術的空客A380、波音B787 以及軍用運輸機A400 等飛機相繼投入運營，標志著IMA1G技術已經獲得廣泛應用。其間航空技術發展的需求，以及相關學科如軟件技術、網絡技術、處理器技術以及基礎理論的發展，持續推動了IMA技術的發展，并逐步促成了IMA2G（ Second Genernation Intergated Modular Avionics）誕生。目前，UIUC、伯克利和CMU等國內外著名大學，Honeywell、Lockheed Martin、Rockwell Collins、Wind River、THALES以及中航工業等國內外大公司圍繞IMA2G 相關技術都開展了深入研究工作，取得了一系列的研究成果，其中ARINC公司完成了ARINC 653標準修訂［1］，風河公司開發了操作系統 Wind River 653 3.X［2］，中航工業集團公司開發了國產自主版權操作系統天脈2多核版本，支持多核處理器在IMA2G系統中的應用。歐盟在第七框架計劃中安排的SCARLETT項目（Scalable & ReconfigurabLe Electronics PlaTforms and Tools Towards the Next Generation of Integrated Modular Avionics），對IMA2G 技術領域進行了全面深入研究。本文重點分析了國外IMA2G方面的研究工作，特別是歐洲SCARLETT項目的研究工作，簡述了我們在IMA2G方面的研究方案、部分工作進展， 并介紹了所開發的IMA2G系統實際運行情況和評測結果，最后指出了需進一步開展的研究工作。軟件支撐工具是IMA2G 技術發展的基石，限于篇幅，另文論述。

　　1、國外技術發展

　　1.1、歐洲SCARLETT項目簡述

　　SCARLETT是歐盟在第七框架計劃中安排的面向下一代綜合化航電系統的研究項目，參加單位包括達索、空客、THALES等幾乎所有歐洲主流的航空制造商、部分大學以及Wind River、Green Hill等著名美國公司，該項目的目標是攻克IMA2G 技術，達到如下目的：增加航空電子設備客戶滿意度、提高航空飛行器研發、生產和維護過程中的效費比、提供等級不斷增長的可靠性和信息安全性以及減輕航空運輸過程中的環境污染。

　　SCARLETT技術創新包括［3］［4］［5］［6］［7］［8］［9］：1）提出了分布式模塊化電子設備（Distributed Modular Electronics ：DME）概念，將航電系統輸入輸出和航電應用處理相分離，減少通用模塊類型，實現分布式安裝，提高航電設備對飛機機體安裝空間的適應性，減輕航電設備和連接電纜重量；2）支持不斷增長的高性能處理器應用?；诙嗪颂幚砥鞯母咝阅芡ㄓ锰幚砟K應達到與單核處理器同樣的實時確定性，支持安全關鍵航電應用的綜合 ；3）提供平臺級服務的抽象。IMA1G實現了應用與平臺之間的相互獨立。但還不能滿足不同域的配置。SCARLETT以現有標準為基礎和起點，在標準平臺API 中，增加新功能、改進現有配置形式，以便反映不同的角色，簡化增量式認證；4）提供重構機制。該機制是SCARLETT的核心創新點，通過備份資源管理實現資源在平臺級的動態分配而不是在子系統級的靜態分配。該機制可達到使用最小數量的備份資源，使飛行器達到最大的可用性。該研究工作包括：地面重構和空中重構；預先驗證的重構和基于算法的重構的比較；監管下的重構和自動重構的比較；備份模塊在多功能間的共享；功能的平穩降級。5）綜合過程和工具。研究內容包括：通用的軟件開發和調試工具；平臺仿真工具；應用預確認工具；平臺配置和重構工具；平臺動態行為分析工具；自動化測試工具 。6）封裝技術選擇。實現面向多種飛機的可復用通用模塊。 7）制訂相關標準。

　　1.2、時間關鍵航電應用在IMA 中的綜合

　　在現代飛行器航電系統中，飛行器制動、轉向（Steering）、飛控、高升力、客艙壓力等為典型的時間關鍵（time critical:TC）功能，這類任務的主要特點是周期短、速率高、延遲短，最大動態響應時間短。如何將這類任務綜合到IMA系統中，SCARLETT對此提出了三個方案，研究了三種方案的結構復雜性、動態響應特性、可靠性和容錯能力［10］ 。在SCARLETT項目中，波蘭 Rzeszow University of Technology 基于AFDX體系架構，采用CPM（Core Processing Module）+REU（Remote Electronics Unit）體系結構，驗證控制算法分配在CPM和REM間，實現俯仰舵面控制，調度框架實現了200Hz的調度速率，可以滿足飛行控制任務需求。應當指出，SCARLETT項目中飛行器主干網絡為第一代AFDX，采用基于網絡的綜合方法，這種綜合方法簡單，易于實現復雜分布式網絡航電系統綜合。如果采用基于任務的綜合方法，上述調度速率可進一步提高，但綜合方法相對較復雜。另外，如果主干網絡采用千兆AFDX，仍采用上述綜合方法，調度速率也可進一步提高?？傊?，基于AFDX架構可以實現時間關鍵航電應用在IMA系統中的綜合。