航空学报08大飞机专刊(30)_航空信息_民用航空_通用航空

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4　新方案的结构及工作方式
41 1　单处理器上的多模块软件结构
每个处理器上运行 2个软件模块 ,分别为主

模块和备用模块 ,运行于最可靠的底层架构之上 ,通过标准的通讯接口进行实时的数据交互 ,其结构如图 1所示。可以分为 4层 ,从底层向上分别为 :硬件、底层软件、中间件和应用软件。中间件提供实时调度服务和通讯服务 ,增强了实时组件在线更换能力 ,保证更换过程不中断系统运行。同时 ,中间件将应用软件与依赖硬件的底层软件分隔开来 ,使应用不依赖于具体的硬件平台。应用层包括主模块、备份模块和决策单元 ,决策单元一般集成到备份模块中。主模块和备份模块在功能上完全相同 ,主模块失效后由备用模块替换 ,替换操作由决策单元控制 ,替换过程分 3个阶段完成。
图 1　双模块软件结构
Fig1 1　Double vision software system architecture

41 2　大型民机的余度飞控计算机新方案的总体介绍
　　中国大型民机的余度飞控计算机新方案 (RFCC2CA)的总体结构如图 2所示。 RFCC2CA支持 3种操作模态 :正常模态、辅助模态和直连模态。正常模态下 RFCC2CA的功能全部可用。辅助模态是一个修正模态 ,当来自大气数据和惯性参考装置的数据不可用时 ,启用该模态。当电子作动器 (ACE)检测到 RFCC2CA发送过来的指令失效时 ,启用直连模态 ,此时 RFCC2CA被断开。直连模态中 ,ACE使用模拟信号控制操纵面偏转 ,并提供 RFCC
2CA的离散和模拟接口。每个 ACE包含 4个终端控制器以便和四余度总线通讯。 ACE把驾驶员发送的控制信号转换成数字信号并通过余度总线传送给 RFCC2CA。RFCC2 CA使用控制信号和来自大气数据以及惯性参考装置的数据来计算控制律。 RFCC2CA计算出来的控制指令通过余度总线发送给 ACE ,ACE接受控制指令并转换成模拟信号来控制操纵面的偏转。

图 2　余度飞行控制系统总体结构
Fig1 2　Redundant flight control system architecture
41 3　RFCC2CA的结构同 ,把硬件系统发生同态故障的概率降到最小 ,避

免硬件同态故障带来的风险。每个通道有 2个相

RFCC2CA采用 4套计算机构筑非相似的四同的支路 :一个支路作为指令支路 ;另外一个为监余度系统 ,分为 4个通道。每套计算机功能相同 ,控支路 ,监控指令支路的运行。每个支路上运行采用不同生产厂家的处理器。不同的处理器的指2套控制软件 :主模块和备用模块。主模块和备令系统不同 ,避免了相同机器指令的同态故障。用模块在功能上完全相同 ,具有三轴全权限工作另外 ,不同的处理器结构不同 ,其外围电路也不相能力。正常情况下 ,主模块解算控制律 ,主模块失

效后 ,由备用模块替换。同一通道内的 2个支路上运行的主模块软件包不同 ,但都采用相同的软件包作为备份 ,共使用了 3种不同的软件包。 3个软件包采用了差异性设计方法 ,由 3个不同的小组独立设计 ,把软件的同态设计故障减小到最少。 3个软件包分别为 v1, v2, v3。通道 1中 ,指令支路的主模块为 v1,监控支路的主模块为 v2, v3用做备份 ;通道 2中 ,指令支路的主模块为 v2,监控支路的主模块为 v3, v1用做备份 ;通道 3中 ,指令支路的主模块为 v3,监控支路的主模块为 v1, v2用做备份 ;通道 4中 ,指令支路的主模块为 v1,监控支路的主模块为 v2, v3用做备份 ,其软件模块的功能分配方式和通道 1相同。通道 1～通道 3共 3个通道就能够满足可靠性要求 ,增加通道 4是为了保证通道 1～通道 3中有 1个通道出现故障后 ,飞机仍然能够安全起飞 ,提高了飞机的签派可靠率 ,出现故障的通道能够延迟到方便的时间和地点进行维修。电传系统余度结构如图 3所示。
　　每个支路按照功能分为 3个部分 ,每个部分的功能由独立硬件模块完成 ,分别为 I/ O模块、处理器模块和电源模块。每个硬件模块都采用了超大规模集成电路技术 ,从而减少部件数目 ,提高硬件系统可靠性。 I/ O模块负责余度总线与处理器之间的数据交换 ,它包含 4个总线终端控制器 ,其中 3个只用于接受 ,1个用于发送 /接受 ,总线上的数据通过终端上的串行通讯接口传输给处理器模块。当支路被认为失效时 ,隔离发送 /接受终端。处理器模块包含一个 32位的微处理器 ,以及相关的存储设备和控制逻辑单元。存储设备主要包括随机存取存储器、可编程只读存储器以及固定 (永久性 )存储器。处理器模块支持借助于余度总线、中间结果暂存器、稳定的容错存储设备、看门狗、循环余度检查 ( CRC)发生器等提供现场再编程。电源模块负责向每个支路供电 ,具有自监控和极强的保护特性。
41 4　RFCC2CA的工作
每套计算机内 ,指令支路和监控支路同步运行 ,使用相同的数据进行控制律计算和信息处理 ,并使它们的计算帧对准到指定的周期以内。指令支路执行控制功能 ,发送控制指令。指令支路的主模块失效后 ,备用模块投入运行。监控支路监控指令支路的运行 ,2个支路输出的差值超过规定的阈值 ,则判定该通道失效 ,切断该通道的输出。指令支路和监控支路的工作耦合紧密 ,便于快速有效地进行故障检测和隔离。监控支路不仅监控本通道的指令支路 ,还接受其他通道指令支路信号 ,监控其他通道的指令支路运行 ,负责通道之间交叉监控 ,并给指令支路发送支路禁止信号。
RFCC2CA的 4个通道全部投入工作 ,任意一个通道都能控制飞机飞行 ,冗余的通道只是为了确保更高的可靠性。总线和 ACE也分为 4组。每套计算机和 ACE都从四余度总线接受数据 ,但只向同组的总线发送数据。每套计算机的控制指令通过指定的总线发送给 ACE ,ACE按照接受到的控制指令去控制预先分配的控制面。当本组的计算机或者总线失效后 ,ACE从其他总线选择控制输入。本组的 ACE失效后 ,其控制的控制面的控制权限由其他的 ACE代替。指令支路的有效性通过监控支路本身和监控支路从其他通道指令支路接受的数据来确保。当该计算机失效后 ,其控制任务由其他的计算机替代 ,替代顺序由系统设计人员事先规定。
4个通道按照异步方式工作 ,而且每个通道处理器不同 ,指令系统不同 ,算法也不同 ,多个不同的软件版本对同一输入参数进行处理 ,最后的计算结果会有差别 ,需要表决的数据到达的时刻