综合模块化航空电子系统软件体系结构综述

综合模块化航空电子体系结构研究张凤鸣,　褚文奎,　樊晓光,　万　明(空军工程大学工程学院,西安　710038)摘　要:军用航空电子系统体系结构关系到战机的可靠性、安全性、可用性、生存性、扩展性和维修性等方面。

综合模块化航空电子(I M A )是目前机载航空电子系统结构发展的最高阶段,其特征和优势已经在美国四代机上得到充分展现和发挥,为我国四代机综合航电的研制工作提供了参考依据。

回顾了机载航空电子体系结构的发展史,分析了推动I M A 体系结构发展的3个主要因素,归纳了I M A 的特点,从信息流处理的角度对I M A 体系结构进行了划分,并研究了适应于I M A 的两种典型的综合航电软件体系结构,指出了发展趋势。

最后就我国综合航电体系结构的研究和发展所面临的问题进行了初步探讨。

关键词:综合模块化航空电子;航空电子体系结构;软件体系结构;四代机中图分类号:V243 文献标志码:A 文章编号:1671-637X (2009)09-0047-05Research on Arch itecture of I n tegra ted M odul ar Av i on i csZHANG Feng m ing,　CHU W enkui,　F AN Xiaoguang,　WAN M ing(Engineering College,A ir Force Engineering University,Xi πan 710038,China )Abstract:The architecture of avi onic syste m is of great i m portance for reliability,safety,availability,survivability,extensibility and maintainability of the whole aircraft syste m.I ntegrated Modular Avi onics(I M A )is the ne west avi onic architecture,which has been fully used in F 222and F 235with great perfor mances .Devel opment of integrated avi onics in China can get s ome references and experiences fr om I M A and its app licati ons .Based on the evoluti on of avi onics architectures,three maj or fact ors that dr ove the devel opment of I M A are analyzed,and features of I M A are summarized .I M A architecture and its s oft w are architectures are then p resented .The I M A architecture is divided fr om the vie w of infor mati on p r ocessing .T wo of the most typ ical s oft w are architectures used in I M A are compared with each other and the devel opment tendency of s oft w are architecture is discussed .A t last,s ome advices are p resented about how t o research and devel op avi onics architecture in China .Key words:I ntegrated Modular Avi onics (I M A );avi onic architecture;s oft w are architecture;the 4thgenerati on aircraft0　引言如果说发动机是战机的“心脏”,那么军用航空电子系统(简称航电)则是战机的“大脑”或“中枢神经”。

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。

综合化航空电子系统中SMP架构、MPP架构的应用分析【摘要】通过分析联合式航空电子系统存在的问题，介绍综合化航空电子系统的基本结构。

综合核心处理机是综合化航空电子系统的核心组成部分，通过比较SMP结构与MPP结构在综合核心处理机上应用的特点，得出了MPP是未来发展方向的结论。

【关键词】综合化航空电子系统；SMP；MPP1.引言现代航空电子系统是一个由多个系统、多种环境、多项任务、多种资源构成的相互关联、相互支持、相互集成和相互制约的复杂系统，具有多目标、多信息、多专业、多任务、多功能、多资源和多过程支持的显著特征。

在这个前提下，如何满足复杂系统功能、品质、能力、成本等要素的综合优化需求，是新一代航空电子系统发展面临的严峻挑战。

航空电子系统在第三代战机中基本使用联合式架构（又称属地管理架构），在第四代战机中又提出了航空电子系统的综合化技术。

航空电子系统综合化技术就是针对复杂系统特征，根据系统目标、信息、任务、资源、过程特征和一体化思维，通过各自能力的权衡与系统能力组合，通过各自过程效率组织与系统效率集成，通过各自数据融合与系统信息效能合成，实现系统能力、功能、品质、效率和成本最优化的系统技术。

2.联合式航空电子系统2.1 联合式航空电子系统基本结构第三代战机的航空电子系统多使用联合式构架。

在联合式航空电子系统架构中通信、导航、探测以及飞行控制系统等功能子系统中的信息处理和操作均由各自的专用机载计算机完成，各子系统作为功能部件连接到机载多路数据传输总线（1553B）总线上。

显示和控制的信息通过数据总线与各子系统进行交换，所有信息由一个平视显示器和若干个多功能显示器显示。

飞行员通过座舱控制系统输入控制信息。

2.2 联合式航空电子系统存在的问题航空电子系统各子系统内部资源独立配置，各系统独立管理，各个系统使用通信总线进行交互。

这样的结构造成了很多问题，具体如下：1）系统中资源使用频度不同，各部分资源分时使用以及各个系统之间的资源不能共享，造成了各系统中的资源多数时候被闲置，造成资源浪费。

综合模块化航空电子系统构型管理功能设计摘要：近年来，在我国科学技术不断进步下，带动了我国各领域的进步。

现阶段，构型管理功能是飞机提高安全性的重要功能之一，由于综合模块化航空电子系统的架构特点，其构型管理功能除了要保证软硬件构型一致外，还需要考虑配置数据。

本文分析了DO-297定义的构型管理功能设计要求后，针对不同配置数据的功能特点，把构型管理功能划分成配置数据生成、数据加载和兼容性校验三个步骤，并详细描述了各自的具体设计方案。

该整体方案已在项目中成功应用。

关键词：综合模块化航空电子系统；构型管理引言随着航空电子系统的发展，下一代航空电子系统呈现出集成化、模块化和复杂性的特点。

综合模块化航空电子设备具有资源共享、信息高度融合和软件集约化的特点。

相对于传统的航空电子系统，综合模块化航空电子(IMA)系统的各个模块通过协作、交互和资源共享的方式共同完成任务。

IMA作为航空电子系统架构的一种创新，能够有效地提高系统的效率，减轻系统的重量、降低功耗。

然而，随着集成规模的不断扩大和功能与资源交互的复杂化，也出现了一系列新的问题，这对航空电子系统的系统安全性提出了新的要求。

受工程经验的影响，传统的安全分析方法(如故障树分析、故障模式和影响分析)没有与系统设计相结合。

随着系统复杂性的增加，很难预测系统的所有行为(正常行为和异常行为)并列出系统的所有故障节点和影响。

同时，由于系统设计的反复，难以保证系统体系结构失效模式分析的一致性。

因此，这些传统的方法很难应用于目前高度复杂、集成化的航空电子设备。

即使在评估了之后，各个系统仍然存在意想不到的故障。

1、DO-297的构型管理功能要求RTCA和EUROCAE联合开发了DO-297用于指导IMA的设计、开发和应用。

该指南定义IMA系统由IMA平台和驻留应用组成。

驻留应用使用IMA平台提供的资源完成飞机功能。

IMA平台通过分区保护技术向驻留应用提供了共享资源（包括计算、网络、接口等）。

Science &Technology Vision 科技视界0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。

航空电子系统对于飞机的安全性和可靠性越来越重要,同时也不断地提高飞机的经济性和舒适性,因此航空电子系统在飞机设计中的重要性不断提高。

先进的航空电子系统目前已成为先进飞机的一个重要特征。

航空电子系统的发展经历了分立式、联合式、综合式到先进综合式这4个阶段。

图1给出了4种航空电子系统的演变。

图1航空电子系统的发展1.1分立式航空电子系统在分立式航空电子系统时代,所有的航空电子系统都是独立的,每一个航空电子系统都是单独完成某个特定的功能,对航空电子系统的操作相当复杂。

航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势研究作者：谢薇来源：《科学与信息化》2020年第10期摘要 20世纪以来，世界各国开始发展航空电子系统综合技术，以解决民航飞机的诸多问题。

随着航空电子系统综合技术的发展，民航飞机的航空电子系统实现了体积和重量的减小，能够实现信息的传输和共享，不仅提高了民航飞机的整体性能，而且减轻了飞行员的负担。

关键词模块化;航空电子系统;综合技术引言航空电子综合技术是实现航空电子系统集成、充分发挥各种机载电子设备效能、保证战斗机综合作战能力的根本保证。

它经历了一个漫长的发展过程。

航空电子系统综合技术是现代民航飞机向信息技术转型的重要组成部分。

1 航电综合技术与系统结构发展的概述20世纪70年代以来，为了解决战斗机的一系列问题，以美国为首的西方国家开始了航空电子系统综合技术的漫长发展过程。

随着航空电子系统综合技术成果在不同时期的应用，给航空母舰带来了以下明显的效果：减轻了重量和体积;缓解了驾驶舱拥挤;在一定程度上实现了数据共享;提高运营效率。

这种综合技术已被世界各国普遍接受，并形成了各国竞相发展航空电子综合技术的局面。

为了在航空电子综合技术上取得更大的进步，在更大程度上共享飞机航空电子系统的硬件、软件和信息资源，在海、陆、空、航天系統中共享资源和协同作战，支持容错和功能重建，实现更高水平的可靠性和可用性，降低了机群生命周期成本，提高了机群的作战效率、生存能力、任务能力;航空电子综合技术的发展不断加强，航空电子综合系统的结构不断完善不断提高，航空电子综合系统水平迅速提高，为战斗机水平的提升做出了贡献[1]。

2 航电综合技术的发展2.1 航空电子综合系统的设计技术为了优化航空电子综合系统的设计，有必要从系统的角度对其组成、结构、功能和互连方法进行全面的研究。

特定机型航空电子系统的综合设计是根据战斗机的飞行任务和任务要求，对系统进行定义、分析、设计、验证、评估和迭代，最终确定系统的功能、性能、可靠性、可维护性，航空电子系统保障能力和寿命周期成本满足任务要求。

通用飞机航空电子系统架构研究综述发布时间：2022-04-21T06:30:38.094Z 来源：《中国科技信息》2022年1月中作者：丁伟超[导读] 当前我国通用飞机产业迎来了巨大的发展机遇，开展通用飞机航电系统架构的研究具有重要意义。

基于航空电子系统的运行需求，对于信息技术应用逐渐加深，要求越来越高，阐述飞行状态和周围环境的全面实时的了解，必须有效利用机载信息设备。

分析航空电子系统综合技术和模块发展趋势。

航空工业陕西飞机工业（集团）有限公司设计研究院丁伟超陕西汉中 723000摘要:当前我国通用飞机产业迎来了巨大的发展机遇，开展通用飞机航电系统架构的研究具有重要意义。

基于航空电子系统的运行需求，对于信息技术应用逐渐加深，要求越来越高，阐述飞行状态和周围环境的全面实时的了解，必须有效利用机载信息设备。

分析航空电子系统综合技术和模块发展趋势。

[关键词]航空电子系统; 核心处理平台; 综合模块化航空电子; 开放式架构引言航空电子综合技术的发展与研究已经历经了多年，发展至今所拥有的强大功能已经能更大化的提升不同类型机载电子设备的效能，还能助力航空电子系统集成，为战斗机的综合作战能力提供一个有力的保障。

作为民航飞机完成信息技术转型重要条件的航空电子系统综合技术，有必要引起相关人员的重视。

一、通用飞机航电系统需求分析1.适航需求中国民航规章第23部(CCAR－23)以及第91部(CCAR－91)等适航规章从保证飞机运行和使用的角度对航电系统诸多需装备的仪表、设备及其功能、性能、数量、安装、人机功效、维护等方面提出了限制和要求，是通用飞机航电系统获得适航批准所必须满足的最低要求，也是系统架构设计的基本输入条件。

审定部门颁布的技术标准规定(Technical Standard Order，TSO)规定了相应机载设备的最低性能标准和适航技术要求。

此外，为保证系统和设备研制的规范和标准化，应尽量采用国际通用的工业标准和行业标准，如ARINC标准和汽车工程师学会(Society of Automotive Engineers，SAE)标准等，保证适航审查的顺利开展。

综合模块化航空电子系统结构研究作者：殷江疆来源：《中国科技博览》2017年第35期[摘要]首先对航空电子系统结构的基本含义进行概述，其次对航空电子系统结构具备的特点进行分析，并以航空电子系统结构发展背景为依据，对综合模块化航空电子系统结构设计进行探究。

[关键词]综合模块化；航空电子；系统结构；研究中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0259-01引言当前，我国正在全面研发综合模块化航空电子系统，并获得较好的成果，将原始的结合式以及分散式航空电子设备逐渐演变为综合模块化航空电子系统，并且该系统具备开放性能强、运营成本少、牢靠性能高、维修便利等特性。

但是，由于综合模块化航空电子系统具备的集成性能较强，同时自身重量较大，因此在设计的过程中，需要着重思考其散热能力。

下面，本文将进一步对综合模块化航空电子系统结构进行探讨和分析。

一、综合模块化航空电子系统结构具备的特点（1）层次性。

综合模块化航空电子主要是借助标准接口将各个软件转变为硬件模式运营程序层、操作层以及程序层，利用分层方式来实现上述三项层级耦合度的简化，确保各个应用程序之间和飞机性能有着紧密联系，不受硬件约束，假设需要增添新型应用程序，只要直接填入程序即可，无需改变硬盘，进而提升软件应用性。

并且，硬件应用不会给飞机性能程度带来影响，对硬件更新和完善提供有利条件[3]。

（2）综合性。

综合模块化航空电子可以促进系统综合，一方面可以实现应用程序运用同一个硬件数据，保证资源高效应用；另一方面，综合模块化航空电子可以对有关数据进行调整、管理和展现，进而给系统管理提供方便。

（3）软件性。

利用软件将之前需要利用硬件才能落实的功能进行替代，硬件资源可以利用应用程序实现共享，降低分配系统数据，减小飞机自身重量，拓展空间，节约成本，提升资源应用效率。

（4）灵活性。

对应用程序实现精细性划分，利用周期轮转或者优先级抢占调试方式，保证每一个应用程序或者重要程序的停止日期满足相关需求。

第30卷　第10期航　空　学　报Vol 130No 110　2009年 10月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Oct. 2009收稿日期:2008208228;修订日期:2008211218基金项目:总装备部预研基金(9140A17020307JB3201);空军工程大学工程学院优秀博士论文创新基金(BC07003)通讯作者:褚文奎E 2mail :chuwenkui @1261com 文章编号:100026893(2009)1021912206综合模块化航空电子系统软件体系结构综述褚文奎,张凤鸣,樊晓光(空军工程大学工程学院,陕西西安　710038)Overvie w on Soft w are Architecture of Integrated Modular Avionic SystemsChu Wenkui ,Zhang Fengming ,Fan Xiaoguang(Institute of Engineering ,Air Force Engineering University ,Xi ’an 710038,China )摘　要:作为降低系统生命周期费用(L CC )、控制软件复杂性、提高软件复用程度的重要手段之一,软件体系结构已成为航空计算领域的一个主要研究方向。

阐述了综合模块化航空电子(IMA )的理念,分析了推动IMA 产生和发展的主要因素。

总结了ARINC 653,ASAAC ,GOA 以及F 222通用综合处理机(CIP )上的软件体系结构研究成果,并讨论了IMA 软件体系结构需要解决的若干问题及其发展趋势。

在此基础上,对中国综合航电软件体系结构研究提出了一些见解。

关键词:综合模块化航空电子;软件体系结构;开放式系统;软件工程;军事工程中图分类号:V247;TP31115 文献标识码:AAbstract :As an important means to decrease system life cycle cost (L CC ),control software complexity ,and improve the extent of software reuse ,software architecture has been a mainstream research direction in the aeronautical computer field.This article expatiates the concept of integrated modular avionics (IMA ).Three major factors are analyzed which promote the development of IMA architecture.IMA software architectures presented by ARINC specifications 653,ASAAC ,GOA ,and F 222common integrated processor (CIP )are summarized.Discussion about some problems to be solved and the development trend is made for IMA soft 2ware architecture.Finally ,some views are presented about IMA software architecture research in China.K ey w ords :integrated modular avionics (IMA );software architecture ;open systems ;software engineering ;military engineering 军用航空电子系统(以下简称:航电)是现代战机的“中枢神经”,承载了战机的绝大部分任务,比如电子战、通信导航识别(CN I )系统等,是决定战机作战效能的重要因素。

综合模块化航空电子系统的可靠性设计论文1、概述传统的国内外航空电子系统是基于专用硬件和软件开发的，现今许多航空电子系统均成功运行于这种配置上。

但自20世纪初，航空电子设备设计的复杂性程度己大大提高，这些专用设备的高额全寿命周期费用渐渐成为航空电子系统设计中一个最大的问题。

伴随着该问题而提出的新一代综合模块化航空电子(IntegratedModularAvionics,IMA)系统在国外开始研制。

新的综合模块化航空电子系统通过采用开放式体系结构和标准化以及通用化的设计，大大提高了系统的兼容性、可移植性、可扩展性，并具有较高的可拓展性和可维护性，降低了系统的寿期费用。

目前非常具有代表性的IMA系统标准有欧洲的联合标准化航电系统架构协会(AlliedStandardAvionicsArchitectureCouncil,ASAAC)标准。

但是，ASAAC标准侧重于考虑系统的模块化、可扩展性和可维护性，对系统的可靠性考虑不够详细。

而美国航电委员会提出的ARINC653标准却对系统的可靠性有非常好的改进。

本文参考这2个标准给出一种融合IMA系统可靠性、模块化、可扩展性设计方法。

2、ASAAC系统架构ASAAC标准从软件结构、机械结构、网络功能、通信功能和通用模块方面对综合模块化的航空电子系统进行了规定，此外还制定了非强制性的系统实现指导方针。

从通用性方面，ASAAC对模块从功能上进行划分，包括数据处理模块、图形处理模块、大规模存储模块、电源转换模块、网络支持模块等，规范对模块的软件架构和硬件组成都作了严格规定，标准化设计为实现资源的重用和系统重构提供了前提条件，同时也提高了系统的可移植性和可维护性。

ASAAC模块软件体系结构分为以下3层：(1)模块支持层(ModuleSupportLayer,MSL)，与MSL底层硬件直接通信，提供硬件自检和时钟管理等功能，并向操作系统层提供统一的接口金属氧化物半导体管，同时MSL通过多处理器链路接口(MultiprocessorLinkInterface,MLI)的信息进行模块间的通信，完成系统引导的功能。

综合模块化航空电子设备结构设计浅谈摘要：航空电子设备在飞机的操作和控制中扮演着重要角色，但传统的设备结构设计常常面临复杂性高、维护困难、更新换代慢等问题。

为了解决这些问题，许多研究者提出了模块化设计思想，并取得了一定的成果。

然而，现有方法仍然存在一些问题，如模块定义和分类不一致、模块之间的接口设计困难等。

因此，需要一个综合的模块化航空电子设备结构设计方法，以解决目前存在的问题并提高设备性能。

基于此，本篇文章对综合模块化航空电子设备结构设计进行研究，以供参考。

关键词：综合模块化；航空电子设备；结构设计引言模块化设计是一种设计思想和方法，旨在将系统或产品拆分为相对独立的模块，并通过定义清晰的接口，使模块之间能够方便地组合和交互。

它可以提高设计的灵活性、可维护性和可扩展性，促进系统的快速开发和更新。

开发一种综合模块化航空电子设备结构设计方法，该方法将考虑模块之间的接口设计、模块选型和组装策略等关键要素，以实现航空电子设备的优化设计和功能集成。

1模块化设计（1）分离性与独立性。

模块化设计的关键原则是将系统分解成相互独立的模块。

每个模块应该具有清晰的功能和职责，并与其他模块相互分离。

这样可以降低模块之间的耦合度，使得系统更加灵活和可维护。

（2）接口定义和标准化。

模块之间的通信和交互通过定义明确的接口来实现。

接口应该规定了模块之间传递数据和信息的格式、协议等，以确保模块之间的兼容性和互操作性。

通过接口的标准化，不同的模块可以进行替换和组合，实现系统的快速定制和更新。

（3）模块复用和共享。

模块化设计鼓励模块的复用和共享。

设计人员可以开发通用和可扩展的模块，以便在不同的系统中重复使用。

这样可以大大节约设计和开发的时间和成本，并提高产品的稳定性和质量。

（4）易于测试和维护。

通过将系统划分为模块，每个模块可以单独进行测试和验证，使得问题的定位和修复更加容易。

同时，模块之间的解耦性也降低了对整个系统的影响，使得维护和升级更加简洁和高效。