Особенности контроля и диагностики функциональных элементов многопроцессорных бортовых цифровых вычислительных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности контроля и диагностики функциональных элементов многопроцессорных бортовых цифровых вычислительных систем

Введение

бортовой вычислительный авионика цифровой

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.

1.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.

2.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. Богатырев В.А. К распределению функциональных ресурсов в отказоустойчивых многомашинных вычислительных системах // Приборы и Системы. Управление, контроль, диагностика. - 2001. - № 12. - С. 1-5.

2. Богатырев В.А., Голубев И.Ю., Беззубов В.Ф. Организация межмашинного обмена в дублированных вычислительных комплексах // Изв. вузов. Приборостроение. - 2012. - Т. 55. - № 3. - С. 8-13.

3. Жаринов О.О., Видин Б.В., Шек-Иовсепянц Р.А. Принципы 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. Итенберг И.И., Куликов Д.А., Тарандевич К.В. и др. Отечественная платформа интегрированной модульной авионики для перспективных гражданских самолетов и вертолетов / // Изв. ЮФУ. Техн. науки. - 2012. №3. - С. 133-140

5. Копорский Н.С., Видин Б.В., Жаринов И.О. Организация вычислительного процесса в многомашинном бортовом вычислительном комплексе // Известия вузов. Приборостроение, 2006, Т. 49, №6, с.41-50.

6. Парамонов П.П., Жаринов И.О. Интегрированные 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. Чуянов Г.А., Косьянчук В.В., Сельвесюк Н.И. Перспективы развития комплексов бортового оборудования на базе интегрированной модульной авионики // Изв. ЮФУ. Технические науки - 2013, №3 (140), с.55-62.

Размещено на Allbest.ru