关于IMA架构航电系统多级故障管理的设计与实现

基金颁发部门：国家自然科学基金委；项目名称：飞机健康评估及预警系统；编号：60672174; 基金申请人:杨慧飞机故障信息控制管理系统的设计与实现杨慧，王帅，金玉（中国民航大学 计算机科学与技术学院, 天津 300300）摘要：阐述了基于B/S架构，运用面向对象方法创建飞机故障信息控制管理系统的思路，讨论了各功能架构之间的数据传输和调用方法，详细说明了通过各功能模块的相互调用，运用历史故障案例的思想实现复杂的故障信息统计和分析过程。

系统还实现了很多其它功能并易于维护和扩展。

关键词:故障信息;面向对象;B/S模式;历史故障案例中图分类号：TP274 文献标识码：BDesign and Implementation of Aircraft Fault Information Control and Dealing SystemYang Hui, Wang Shuai, Jin Yu（College of Computer Science & Technology , CAUC , Tianjin 300300）Abstract: The way of Aircraft fault information control and dealing system which based on B/S structure, established by utilizing object-oriented programming, was introduced, the data transmission and use method between different function modules were discussed, and the complicated statistics and analysis process of fault information were explained in detail by using different function modules and the mentality of history fault case. The system also has many other functions, and easy maintenance and expansion.Key words: Fault information; Object-Oriented; B/S mode; History fault case1引言长期以来，飞机故障维修基本上是靠人工完成，维修人员依据故障信息的描述，逐条排查相应维修手册中的排故方法，航空公司为此消耗了大量的人力成本和时间成本。

2 军民两用技术与产品 2018·6（下）前言航空电子系统在多年发展中发生了重大变化，高度综合化是其未来发展趋势，开放式综合化模块化航空电子系统架构可以让飞机生命周期费用得到降低，可以让航电系统应用升级问题得到有效解决，让系统性能得到提升，随着IMA 航电系统架构的不断发展，现阶段，其应用程序综合化程度已经得到明显提升。

1 IMA架构航电系统多级故障管理设计1.1 模块级故障管理系统主干通信网络为航空电子双工交换式以太网，对级联式双冗余飞机航电系统冗余模型予以构建，在架构中主要包含了两台中央处理平台IPC ，二者互为余度。

在模块级故障处管理中，设计人员可以根据自身对系统可能出现故障信息的预计，在关键模块选取机载嵌入式实时操作系统，该系统具有健康监控机制与健壮区分机制，监控机制可以分析、分类模块内部可能发生故障，并对其进行编号定义，并对故障恢复策略进行设计。

除此之外，还可以将扩展错误恢复动作机制为用户提供，利用表驱动方式可以让故障得到自动收集，可以依照级别对其进行调度处理。

系统健康监控任务、进程健康监控任务和分区健康监控任务共同组成模块级故障管理，系统利用系统健康监控表可以对派遣级别进行确认，可以将其派遣到分区、模块和进程级。

在分区操作系统中，分区健康监控任务具有独立地位，优先级要比所述分区其他任务更高，在分区操作系统中，进程健康监控处理进程具有特殊性，优先级高于分区其他进程[1]。

1.2 集成区域级故障管理针对模块一级不能处理的故障，多级管理机制可以让其将信息上报给航电系统中央维护软件，集成区域级故障管理可以对其进行处理。

在IPC 通用处理模块中，集成区域级故障管理系统可以利用AFDX 网络交换机与其他工作单元、模块进行网络连接。

如果工作单元与模块故障状态出现变化，那么故障发生时间与消失时间会被各模块模块级故障管理系统记录，并根据航空电子系统故障编码定义，利用事先定义AFDX 虚链路报告给集成区域故障管理系统，帮助系统重构决策，进而让系统故障处理与故障监控能力得到提升。

综合模块化航空电子系统作者：李林剑来源：《科技视界》2016年第13期【摘要】综合模块化航空电子系统（ Integrated Modular Avionics，IMA）已成为未来飞机的发展趋势，对IMA的研究显得越来越重要。

本文首先综述了航空电子系统的发展历史，然后介绍了综合模块化航空电子系统的基本概念和架构，同时介绍了IMA系统的软件平台，最后介绍了当前最先进的两种IMA架构。

只有对IMA系统有深刻地理解，才能更好地发展我国民用客机事业。

【关键词】航空电子；IMA；ARINC 6530 引言20世纪90年代，飞机航空电子系统系统发展为综合模块化航空电子系统（Integrated Modular Avionics，IMA），使得飞机进入了一个全新时代。

IMA 平台下能够驻留种类繁多、不同功能、不同安全等级的应用，将传统的单独的航空电子系统集中一个通用的平台上，其具有资源分配最优化、最大限度地减小系统体积和重量、降低设备能源消耗等优点。

IMA系统是一种开放式系统结构，平台软件和硬件的更新可独立进行，使得修改或升级飞机系统功能都比较容易，满足了飞机经济性、维修性以及不断增长的功能需求。

当前新一代飞机除了将数据处理功能和通信、导航和显示等航电功能综合进IMA平台外，一些非航电系统功能，如液压、燃油、电源等系统也被集成到平台里。

因此，综合模块化航电系统已经成为飞机的发展趋势，对IMA系统的研究显得越来越重要。

本文综述了航空电子系统的发展历史和IMA系统的概念、架构、软件平台以及应用现状。

1 航空电子系统发展历史航空电子在早期主要是支持飞机起飞、着陆、导航、通信的电子系统。

随着技术进步，航空电子系统慢慢发展成包括飞行管理、飞行控制、导航、数据与语音通信、综合监视与机载告警、客舱娱乐、座舱显示、机内通话等主要功能系统。

随着飞机功能、设计需求的增多以及电子技术的进步，航电系统的重要性得到不断地提高，并逐步向综合化、模块化、开放式的方向发展。

高效能综合处理机设计实现研究姜琳琳，王纯委，海钰琳，杨琪（航空工业西安航空计算技术研究所，陕西西安710065）摘要：为了满足综合模块化航电（IMA ）系统对综合处理机功能、性能、体积、功耗、重量等多方面需求，提出了一种高效能综合处理机的设计实现方案。

硬件采用高性能低功耗处理模块，通过高速FC 通信网络互联；软件采用系统管理中间件技术，提高航电系统应用软件的可重用性、可移植性。

实现结果表明：相比于第一代IMA 系统综合处理机，高效能综合处理机实现了各项技术指标之间的均衡设计，具有良好的实践意义和推广价值。

关键词：综合模块化航电；综合处理机；系统管理；FC 网络中图分类号：V243文献标识码：A 文章编号：2096-9759（2023）03-0087-04Research of Design and Realization of High Productivity Integrated ProcessorJIANG Linlin,WANG Chunwei,HAI Yulin,YANG Qi(A VIC Xi ’an Aeronautical Computing Technique Research Institute,Xi ’an 710065,China ）Abstract:In order to meet the function,performance,volume,power consumption,weight and other requirements of the integ-rated modular avionics (IMA )system for the integrated processor,a design and implement scheme of a high productivity integ-rated processor is proposed.The hardware uses the high-performance low-power processing modules,which are interconnected through high-speed FC communication networks;The software adopts system management middleware technology to improve the reusability and portability of avionics system application software.The results show that,compared with the first generation IMA system integrated processor,the high productivity integrated processor achieves a balanced design among various technical indicators,which has good practical significance and promotional value.Key words:integrated modular avionics (IMA );integrated processor;system management;static reconfiguration0引言综合处理机是综合模块化航电（IMA ）系统控制、管理的核心计算平台，具备高速信息处理、高性能数据计算、大容量数据存储和高速网络交换能力，不同重要等级（关键、重要和一般）的航电系统应用，诸如综合告警、飞行管理、综合导航、数据管理、系统管理、综合维护与测试支持等，以时间/空间严格分区的形式，同时运行在这个共享的计算机平台上。

DOI ：10．19392/j．cnki．1671-7341．201912071基于IMA 架构的机电系统通信模块设计郭建奇范新明陈帅张宇坤航空工业西安航空计算技术研究所陕西西安710065摘要：模块级高度综合集成结构(IMA )是航空电子系统的发展趋势，在其高速发展的背景下，基于资源的高效利用和系统可重构的要求，航空电子设备向综合模块化形式发展。

本文提出一种基于IMA 架构的机电系统通信模块设计，形成以LＲM (Line Ｒeplaceable Module )为基础单元的通信模块，该模块支持ＲS422、HB6096通信等功能，具有集成度高、开放性好、全寿命成本低、良好的维修性和可靠性等特点。

关键词：航空电子系统;模块级综合集成结构;通信模块综合航空电子技术的发展基本经历了分散、联合、综合、高度综合4个阶段［1］；航空电子设备的结构形式也大致相应地分为分离式、联合式、综合式和综合模块化式4个阶段。

［2］就我国而言，综合模块化结构形式（IMA ）的航空电子设备正处于高速发展阶段。

［3］在综合化模块化架构中LＲM 是基本的硬件构件，所有的IMA 结构都在减少LＲM 的类型与数量。

［4］本文设计的一种通信接口模块（简称SIM 模块），用于某机载机电管理计算机（简称UMC ）中，可支持ＲS422、HB6096总线通信等功能。

1总体方案设计UMC 内部采用VME 总线，主要包括SIM 模块、CPU 模块、电源模块及其他功能模块等，其内部交联关系如图1所示。

CPU 模块通过VME 总线对SIM 模块资源进行访问，实现与外部设备的通信。

图1机电管理计算机构成在本设计中，SIM 采用“FPGA +外围通信接口”的结构，FPGA 采用VHDL 语言编码，SIM 模块电路主要包括：a．VME 接口及控制逻辑电路：实现与主处理器PowerPC 的数据交换；b．ＲS422通信电路：收发EIA-ＲS-422A 数据；c．HB6096通信电路：收发HB6096数据。

综合模块化航空电子（IMA）适航符合性方法研究作者：黄跃智来源：《科技视界》2016年第05期【摘要】综合模块化航空电子（IMA）已在一些新研和改进的机型中广泛运用。

本文在系统阐述IMA定义和合格审定指导材料的基础上，全面论述了IMA平台开发过程的设计考虑、认可时需满足的目标、认可过程中产生的符合性数据。

【关键词】综合化；模块化；设计考虑；符合性目标【Abstract】The integrated modular avionics（IMA） are being installed on a number of new or modified aircraft. This paper provides a definition of IMA， and overview of the existing IMA development and certification guidance， and then describes the design consideration， objectives，related activities and data of the IMA system.【Key words】Integrated； Modular； Design consideration； Compliance objectives0 引言综合模块化航空电子（IMA）是20世纪90年代发展起来的，由具有不同处理能力的硬件模块、不同应用功能的软件模块和使其相互联系及运行的总线组成，实现了系统模块硬件、软件的标准化与通用化，实现资源共享，系统重构，减少体积、重量、功耗，进一步降低系统的开发成本和维护成本。

然而，IMA的开发和审定尚没有一套完整的通用的指导材料。

本文主要目的是探索设计和审定IMA时满足相关适航要求的方法。

1 综合模块化航空电子（IMA）概述综合模块化航空电子（IMA）自诞生以来，处于不断的进化当中，各机构有不同的定义。

编 号：CTSO-C153日 期：局长授权批 准：中国民用航空技术标准规定本技术标准规定根据中国民用航空规章《民用航空材料、零部件和机载设备技术标准规定》（CCAR37）颁发。

中国民用航空技术标准规定是对用于民用航空器上的某些航空材料、零部件和机载设备接受适航审查时，必须遵守的准则。

综合模块化航电（IMA ）硬件单元1. 目的本技术标准规定（CTSO ）适用于为综合模块化航电（IMA ）硬件单元申请技术标准规定项目批准书（CTSOA ）的制造人。

本CTSO 规定了综合模块化航电硬件单元为获得批准和使用适用的CTSO 标记进行标识所必须满足的最低性能标准（MPS ）。

2. 适用范围a. 本CTSO 适用于自其生效之日起提交的申请。

本CTSO 具体针对以下硬件单元：（1）硬件模块；（2）装载硬件模块的机柜或机架。

b. 符合本CTSO 要求的硬件单元可用来支持功能CTSO 设备或按照CCAR-21、23、25、27、29、33或35部批准的系统（例如，作为型号合格证组成部分批准的刹车系统）。

功能CTSO 的批准和飞机级批准不在本CTSO 的范围之内。

c. 附录3给出了硬件单元的相关术语。

d. 按本CTSO批准的综合模块化航电硬件单元，设计大改应获得CAAC的批准。

参见CCAR-21R3第21.313条。

3. 要求在本CTSO生效之日或生效之后制造并欲使用本CTSO标记进行标识的硬件单元，必须满足硬件单元最低性能标准。

本CTSO附录1给出了综合模块化航电硬件单元最低性能标准制定准则。

a. 功能：本CTSO适用于预期满足按本CTSO附录1准则制定的最低性能标准的设备。

本CTSO不针对预期执行的飞机级功能，而是为支持接收、处理和输出数据等通用功能的硬件提出环境鉴定试验要求。

获得本CTSO批准的硬件单元在加载相应软件程序时，也可能需要满足其他CTSO功能要求。

对于软件与硬件的组合，应使用适用的CTSO对其进行额外的CTSO功能批准。