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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”。
《基于AMP架构的机载多核处理技术研究》篇一一、引言随着航空技术的快速发展，机载电子系统的复杂性和处理能力要求日益提高。
为了满足这些需求，基于AMP（异构多核处理）架构的机载多核处理技术逐渐成为研究热点。
本文将探讨基于AMP架构的机载多核处理技术的研究背景、意义及主要内容。
二、机载多核处理技术的研究背景及意义随着航空技术的不断进步，机载电子系统在性能、功耗、可靠性等方面面临着越来越高的要求。
多核处理技术以其高并行性、高吞吐量和低功耗等优势，成为解决机载电子系统复杂性和处理能力问题的重要手段。
AMP架构作为一种异构多核处理架构，具有高效能、低功耗、灵活可扩展等优点，对于提高机载电子系统的性能和可靠性具有重要意义。
三、AMP架构及其在机载多核处理中的应用AMP架构是一种异构多核处理架构，其核心思想是将不同类型的处理器核心集成在一起，形成一种协同工作的处理系统。
在机载多核处理中，AMP架构可以充分利用各种处理器的优势，实现高效能、低功耗的并行处理。
首先，AMP架构中的不同处理器核心可以分别负责不同的任务。
例如，高性能的CPU核心可以负责复杂的计算任务，而低功耗的DSP（数字信号处理器）核心可以负责实时性要求较高的信号处理任务。
这样不仅可以提高处理速度，还可以降低功耗。
其次，AMP架构具有灵活可扩展的特点。
根据机载电子系统的需求，可以灵活地添加或减少处理器核心，以满足不同的性能和功耗要求。
此外，AMP架构还支持多种通信接口和协议，便于与其他机载电子系统进行数据交换和协同工作。
四、机载多核处理技术的关键技术研究1. 处理器核心设计：针对机载多核处理的需求，设计高性能、低功耗的处理器核心是关键。
这需要综合考虑处理器的计算能力、功耗、面积等因素，以及机载环境下的温度、振动等特殊要求。
2. 任务调度与优化：在AMP架构下，如何合理地分配任务到不同的处理器核心是提高整体性能的关键。
需要研究有效的任务调度算法和优化策略，以实现任务的均衡分配和高效执行。
多核处理器在综合模块化航空电子系统中的应用【摘要】随着综合模块化航空电子系统（IMA）的广泛应用，对IMA的开发和概念解读也随之变得重要。
目前，在实现了第一代IMA平台的基础上，下一代IMA平台的架构已提上日程。
本文分析了利用虚拟化技术将多核处理器应用于航空电子系统的设计，利用虚拟机系统来实现硬件资源的共享管理和软件子系统的划分，并符合ARINC653规范的要求――模块化、可靠性、隔离性与开放性。
构建由多核心硬件平台、虚拟机监视器（VMM，Virtual Machine Monitor）和分区操作系统、航电应用软件所组成的软件架构，可以满足综合模块化航电系统（IMA，Integrated Modular Avionics）的功能要求与接口要求。
其中，为实现符合ARINC653要求的VMM，传统分区操作系统需要进行多项关键性调整，包括处理器特权级和特权指令、中断、内存地址空间分配、设备驱动等方面，从而可以构造基于VMM的综合化航空电子系统。
【关键词】综合模块化航空电子系统；虚拟化；多核处理器航空电子系统是飞机的重要组成部分，其系统结构不断演变，经历了分立式、联合式、综合化到高度综合化的发展过程。
综合模块化航空电子系统（IMA）则是目前需求发展的最新成果，IMA具有模块化、系统容错、鲁棒分离和动态重构、支持多传感器综合和信息融合等突出的技术特征；提高了系统的可靠性、集成性、维修性、任务能力等；从而大幅度提高了飞机的整体性能，减少了机载设备的重量、体积，降低了成本。
国外根据新一代航电的技术特点，提出了高安全、高可靠的实时操作系统的概念，并给出相应的标准，如美国航电委员会编制的ARINC653以及北约组织的联合标准航空电子系统结构委员会ASAAC制定的软件标准DO-178B等。
为解决实时系统中共享计算资源的各任务模块之间保护的问题，前者对航电系统提出了新要求，引入了分区（partition）的概念；后者则主要对系统的安全等级评价建立了一系列评估和测试的标准，航电系统软件必须通过上述规范的测试，才能被进一步实用化。
航空器的动力系统集成与优化设计方法在现代航空领域，航空器的性能和效率在很大程度上取决于其动力系统的设计与集成。
一个高效、可靠且性能优越的动力系统不仅能够为航空器提供强大的推力，还能在燃油消耗、排放控制、噪音降低等方面表现出色。
因此，对于航空器动力系统的集成与优化设计方法的研究具有极其重要的意义。
动力系统集成是一个复杂的过程，它需要将多个子系统和组件有机地结合在一起，以实现整体性能的最大化。
这些子系统包括发动机、燃料供应系统、进气系统、排气系统、冷却系统等等。
在集成过程中，需要考虑各个子系统之间的相互作用和影响，以确保它们能够协同工作，达到预期的性能指标。
首先，发动机是动力系统的核心组件。
目前，常见的航空发动机主要有涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和活塞式发动机等。
不同类型的发动机具有不同的特点和适用范围。
例如，涡轮喷气发动机适用于高速飞行的战斗机，而涡轮螺旋桨发动机则更适合用于低速、长航程的运输机。
在选择发动机类型时，需要根据航空器的用途、飞行速度、航程等因素进行综合考虑。
燃料供应系统也是动力系统中不可或缺的一部分。
它负责将燃料准确、及时地输送到发动机中，以保证发动机的正常燃烧。
为了提高燃料供应的精度和可靠性，现代航空器通常采用电子燃油喷射系统。
这种系统能够根据发动机的工作状态实时调整燃油喷射量和喷射时间，从而提高燃烧效率，降低燃油消耗和排放。
进气系统的作用是为发动机提供充足、清洁的空气。
它需要在保证进气量的同时，对空气中的杂质进行过滤，以防止对发动机造成损害。
此外，进气系统的设计还需要考虑空气的流动特性，以减少进气阻力，提高发动机的性能。
排气系统则负责将发动机燃烧后的废气排出体外。
一个良好的排气系统不仅能够降低排气阻力，提高发动机的功率输出，还能减少废气对环境的污染。
在排气系统的设计中，常常采用消音器等装置来降低噪音。
冷却系统的任务是保证发动机在工作过程中温度保持在合适的范围内。
BPM技术与应用解决方案深入我国军工行业-管理资料近日，为期三天的神舟软件物资业务系统培训研讨会在京召开，来自航天、航空各个院的近90位业务代表参加了本次培训研讨会，。
据悉该系统以炎黄盈动AWS BPM平台进行开发，为炎黄盈动“火聚”合作伙伴计划又添新硕果。
随着国防科技工业管理运行机制的变化，军工企业作为自主经营的企业实体，不再像过去那样靠国家提供物资供应保证，需要靠自身努力来获取企业生存发展所必需的生产资料，如何管理这些多源头的生产资料，保证军工产品和质量要求也成了一个新的管理课题。
2002年8月航天集团确定了“航天型号物资管理信息平台”建设目标，由神舟软件负责系统的搭建和保障工作。
在充分分析军工物资管理特点、业务现状、结合军工科研生产任务形势对物资工作的要求以及现代化物流发展趋势的基础上，神舟软件制定了通过标准+数据+软件+流程的一体化策略，在提升基础管理能力加以必要的流程管控和优化，管理资料《BPM技术与应用解决方案深入我国军工行业》(https://www.)。
2006年神舟软件与炎黄盈动达成战略合作联盟，采用AWS BPM做为该系统核心支撑平台，成功研发了型号物资管理信息系统。
该系统满足了军工质量要求的严肃性、各单位之间信息沟通的需要、控制物资信息维护成本、全面提升物资体系的管控能力的各项要求，通过在航天科技集团各院的实施，给集团型号物资管理、控制等方面都带来了明显的效益。
神舟软件物资业务系统的成功搭建与应用，为我国军工领域物资管理信息化建设提供了强有力的支撑，作为该系统底层架构的提供单位炎黄盈动，为合作伙伴提供的AWS平台产品及技术咨询和培训服务得到了神舟软件的高度认可。
神舟软件事业部总经理李涛博士表示“无论是在遵循航天高质量要求的业务流程设计和执行监控，还是在保证软件系统能快速适应组织和流程变化方面，我们都能迅速满足客户近乎苛刻的要求，我们因使用了AWS平台而将这些看似难以克服的技术障碍化于无形!炎黄盈动作为我们的长期战略合作伙伴，将一起为航天信息化建设贡献力量!”自2005年，炎黄盈动正式启动“火聚”合作伙伴计划，该计划旨在以AWS开发平台为媒介，汇聚各个层面合作伙伴，通过分工合作打造BPM领域的产业生态链，共同推进BPM产业和应用的发展。
浅谈M/S体系架构的GIS系统应用作者：暂无来源：《上海信息化》 2011年第8期顾登生M/S( Mobile/Server)体系架构是一种新型的基于无线网络的信息系统架构，是传统的C/S、B/S桌面应用的延伸，它结合GIS、GPS和Mobile移动通信技术，把GIS的应用由有线向无线延伸；由室内向户外延伸；由桌面向掌上延伸，在为管理决策者服务的同时直接为具体的生产实践服务。
手持终端高度集成十年前，手持终端以Pocket PC为主，OS以WindowsCE为主，以当时的HP iPAQ为代表，实现GIS基本应用。
同时捆绑NAVMAN的CJPS背夹，实现GPS定位服务。
随着蓝牙技术的发展，手持终端领域出现了大量的蓝牙外设模块，包括蓝牙GPS等，进一步提升了手持终端的便携性。
在部分应用中，还可以采用CF通信卡和短信机结合来实现实时通信，工作现场的部分工况信息及管理中心的部分调度信息，可以通过SMS方式实现简单的信息交互。
随着智能终端设备的快速发展，OS以Windows Mobile为主的智能手机，在兼备PDA功能的基础上实现移动通信功能，同时，其中部分智能手机同时还高度集成GPS功能，数码照片功能等等。
目前的智能终端，无论是CPU的运算速度，还是ROM/RAM存储空间，都发生了极大的变化。
M/S体系架构中Mobile客户端，不但能实现基本的GIS应用。
同时，也具备了包括NetWork在内的、基于GIS的地理计算地理分析应用能力。
体系构架日趋完善作为一种新型的基于无线网络的信息系统架构，M/S体系架构的发展经历了SMS阶段、GPRS/CDMAlx阶段和3G阶段。
SMS阶段：Mobile客户端与Server服务端的通信是通过GSM网络来实现数据信息的交换，物理上还要借助部署在中心的短信机实现点对点的通信。
M/S双向通信信息是通过SMS短信编码来实现。
SMS通信方式—方面存在延时现象，同时由于单条短信对字节数的限制，还要对数据信息进行分段编码和解码。
综合化航空电子系统中SMP架构、MPP架构的应用分析中国航空工业第631所 李乔杨【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。
2)任务构成专门化。
由于任务需求不同，各航空电子系统中的机载计算机多为专用定制设计，研发成本高，研制周期长。
但是功能构件不能通用或公用，而是只针对特定系统而设计使用。
3)子系统独立构成，存在大量的计算重复，各子系统之间计算结果（最终结果和中间结果）共享度较低。
4)系统组织固态化，任务、功能、状态、资源构成固态化，缺乏管理与调整空间。
随着系统规模以及复杂度的提高，故障、失效、异常等带来的系统可靠性问题非常严重。
5)信息能力与处理模式固化，缺乏融合与固化的空间。
3.综合化航空电子系统系统综合化技术不但解决了联合式架构中存在的问题，而且拥有以下三方面的优势：集成各子系统的优点和能力、增强子系统之间的协同和支持、提升系统处理的品质和效率。
它是面向复杂系统组成与特征形成的系统优化技术。
综合化航空电子系统基本结构，如图1所示。
综合化航空电子系统包括综合化的射频与传感器单元以及综合化的核心处理单元，其中综合核心处理机具备数据、信号、图形图像视频的综合处理能力，综合的飞机管理单元、任务管理单元，综合显示单元等等；由统一的高速航空电子网络将各部分连接起来。
这样的结构节省了系统资源，提高了处理能力，增加了系统可靠性，降低了研制成本和维护费用，射频与光电孔径综合还提高了战机的隐身能力。
4.综合核心处理系统在综合化航空电子系统中综合核心处理系统是航空电子系统综合化技术发展的核心技术，也是航空电子系统任务和功能运营与管理的平台。
综合核心处理系统是指：利用一套通用模块（软件和硬件），通过接口和外部非通用的传感器前端、效应器、接口、显控设备、应用软件等组合，能够被使用到任何一个航空电子系统上，满足降低生命期成本，提高互用性等要求。
综合核心处理系统包含了飞行器最主要的处理功能，包括信号处理、数据处理、图像处理、海量存储、通信网络、电源供给等等。
当前航空电子系统对综合核心处理系统的性能要求越来越高。
在美国第四代战机F35的航空电子系统中，其综合核心处理单元总的数据处理速度为40．8DMIPS，信号处理速度为75．6G每秒浮点运算次数(FLOPS)。
如此高的性能要求对于传统的单机处理模式已经无法完成，需要引入并行计算机技术来实现。
5.并行计算技术当前并行计算技术中有多种体系结构：对称多处理机SMP、并行向量机PVP、大规模并行处理机MPP和集群Cluster等。
其中SMP系统与MPP系统结构技术成熟，应用广泛，相对于其他并行结构更适合在机载环境下使用。
SMP系统与MPP系统结构在航空电子处理方面有着各自的优势，也存在很多不足。
5.1 对称多处理机SMPSMP系统使用商业化微处理器（具有片上或外置高速缓存），它们经由系统总线（或交叉开关）连向共享存储器。
这种结构中，多个处理器运行同一个操作系统，并共享计算机上包括存储器、系统总线在内的一切资源。
每个处理器通过系统总线平等地访问共享存储器、I/O设备和外部中断。
对称多处理系统技术成熟，实现起来比较容易，系统处理规模也比较适合当前航空电子系统的性能要求。
但是SMP系统所有处理节点共享一套总线（或者交叉开关），由于这两种网络互连方式传输带宽有限，当处理器数增多时，访问贮存的冲突概率会加大。
一般情况下系统的处理机数目限定在2-16个之间。
这决定了SMP系统的处理能力无法满足未来航空电子系统发展的要求。
另外SMP结构的扩展性能差，系统使用动态互连技术（总线或交叉网络），在互连图1 综合化航空电子系统基本结构图2 大规模并行计算MPP结构-23--24-网络中实现cache一致性等功能，整个系统一旦做成很难再扩展。
SMP结构中所有处理机共享一套总线设备、存储器和操作系统，如果这些设备出现问题，整个系统可能崩溃，这对于可靠性要求极高的航空电子系统是无法接受的。
对于SMP系统可靠性不高的问题，可以采用多级交叉网络替换总线或者交叉开关结构，提高互连网络的可靠性，同时多级交叉网络还可以增加互连网络的传输带宽，增强系统的处理能力。
而子系统多余度设计技术可以提高整个系统冗余度和可靠性，使其可靠性满足航空电子系统要求。
5.2 大规模并行计算MPPMPP指使用专有的非商品化的硬件和软件，耦合紧密的分布存储多计算机系统，系统中多个处理节点通过高带宽低延迟互连网络紧密连接，使用专用或非专用通信协议进行通信的定制网络。
系统中的互连网络是与处理机的I/O相连，实现节点间的通信，而共享存储并行计算机系统中的互连网络是与处理机的局存相连，每个处理机都能直接访问其他局存单元。
基本结构如图2所示。
相对于共享存储结构，MPP系统扩展能力强，计算能力完全可以满足未来航空电子系统发展的要求。
其系统内部各节点独立工作，冗余度高，模块化强，适合航空电子系统中应用。
互连网络采用静态网络或者交叉开关、多级网络等形式，可靠性高，一个处理节点发生异常并不影响整个系统正常工作。
相对于共享存储器的紧耦合方式，MPP 结构中为存储器松散耦合，处理效率低于SMP结构等共享存储模式。
此外MPP系统规模一般比较大，计算能力强，当需要处理的数据达到一定规模时MPP系统优势明显。
6.结论综合化航空电子系统已经成为发展的趋势。
综合化的航空电子系统需要一系列的关键技术支撑，综合核心处理系统就是其中最重要的关键技术之一。
而随着航空电子系统的不断发展，综合核心处理系统处理能力不断调高，采用MPP结构是未来必然的发展趋势，MPP系统结构的小型化也将成为未来发展中的重要挑战。
参考文献[1]王国庆.航空电子系统综合化技术的发展与思考[J].国际航空,2011(8).[2]袁晓晗.航空电子综合核心处理技术研究[J].航空电子技术,2004(3).[3]熊华钢,王中华.先进航空电子综合技术[M].北京:国防工业出版社,2009,1.[4]陈健,郑卫华.高速互连技术综述[R].2008年全国高性能计算学术年会.作者简介：李乔杨（1985—），男，陕西商洛人，在读硕士研究生，现供职于中航工业第631研究所，主要从事计算机应用研究。
一种基于单片机控制的逆变电源电路设计河北省教育考试院 田明儒【摘要】设计以单片机为主控制芯片，桥式逆变电路、STC12C5A60S2单片机SPWM控制电路等电路组成了逆变电源的电路。
最终可以达到直流输入，20V的交流输出的目的，不仅实现了20-100Hz的调频功能，而且还有一些优点比如瞬态响应的速度快、很稳定、高的输出电压精度等优点。
【关键词】单片机；逆变电源；电路设计1.系统总体方案设计1.1 总体设计思路依据相关的要求，输入的直流电压，输出为20VAC，输出的频率可以在20-100Hz之间进行调节。
高频逆变电路、SPWM控制电路、输出电路和保护电路为设计的系统的主要目标。
图1为整个系统的流程图。
本系统是以STC12C5A60S2单片机作为主控制芯片而实现的逆变电源，驱动元件使用的是IR2110，，单片机产生SPWM波的方法是采用等面积法，采用此方法可以实现正弦波的输出，频率可以调节是通过对程序的控制来实现的，进而最终可以设计出直流到交流的逆变过程。
1.2 SPWM波实现的方案选取1.2.1 脉宽调制器（SPWM）方案一：采用普通的PWM芯片。
此类芯片的优点是能够直接的产生脉宽调制信号，但是它也有缺点，缺点是波形线性不好，而且振荡发生器是依赖充放电电路而产生波形，达到要求的难度很高。
比如一种电压型开关电源集成控制器PWM控制电路芯片SG3524，它的特点是输出被限流，误差被放大，其产生PWM方波的外围线路不复杂。
缺点是SG3524做的高频逆变器不仅不能带感性负载。
而且它所产生的脉宽调制波的占空比不够高的同时波形也不够好。
方案二：使用KA7500，与TL494相比二者的区别只是芯片内部的运放输入端的基准源大小有些微小的差别，没有对电路的功能和性能造成什么影响。
因为当今的市场上想要找到KA7500C芯片已经很难了，就算通过一定的渠道可以买得到，它的价格也会比TL494CN芯片的价格贵两倍甚至两倍以上。
方案三：用TL494CN芯片，它片内置线性锯齿波振荡器、外置振荡元件简单的同时集成了全部脉宽调制电路；内置了5V的基准源；稳压精度也比较高；一些特征比如内置功率晶体管可提供500mA的驱动能力，可以为逆变器提供高质量、不间断的交流电提供支持。
方案四：用STC12C5A60S单片机，此单片机为新一代的51单片机，它的flash为64k，具有两路的PWM输出，脉宽可以通过软件的方式来调节，优点是：不仅具有较高的精度，而且具有不复杂，价格不高的外围电路。
方案选择：在比较完方案一，方案二较与方案三，及方案四之后，方案四较其它方案更合适，所以最终选择方案四。
