Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика»





Скачать 102.81 Kb.
НазваниеКнига фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика»
Дата публикации29.06.2015
Размер102.81 Kb.
ТипКнига
100-bal.ru > Информатика > Книга
УДК.681.324

Е. В. КНИГА

ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» им. П. А. Ефимова»,

Санкт-Петербург
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Рассматриваются основные принципы построения перспективных бортовых цифровых вычислительных систем в авиационном приборостроении. Приводится структурная схема перспективной бортовой вычислительной системы. Сравниваются показатели надежности для нескольких сетевых архитектур вычислительной машины.

Введение
Бортовые цифровые вычислительные системы (БЦВС) современного летательного аппарата (ЛА) представляют собой сложные технические объекты проектирования, решающие в составе ЛА различные функциональные задачи: определения пилотажно-навигационных параметров в режиме взлета, горизонтального полета, посадки ЛА; слежения за техническим состоянием бортового оборудования; координации работы всех бортовых подсистем; сбора, хранения, обработки и выдачи пилоту на средства индикации объективной информации, получаемой как от информационно-измерительной системы ЛА, так и от органов управления информационно-управляющего поля кабины пилота.

Для проектирования вычислительной системы перспективного летательного аппарата необходимо решить следующие задачи: повышения надежности комплекса бортового оборудования, минимизации затрат на обслуживание оборудования, затрат на его разработку, обеспечения информационной и технологической независимости, обеспечение масштабируемости.

В соответствии с современными тенденциями развития бортовых комплексов архитектура БЦВС основывается на следующих принципах [4, 5, 8, 10, 11]:

- аппаратной и функциональной интеграции бортовых вычислительных систем и датчиков, автономных и радиотехнических систем навигации, систем связи;

- модульности построения основных вычислительных систем на основе единой сетевой информационно-управляющей системы с распределенными ресурсами и высокоскоростными шинами обмена;

- открытости архитектуры, обеспечивающей возможность наращивания и модернизации комплекса;

- использования новейших технических решений в области электроники и информационных технологий;

- внутрипроектной унификации, как аппаратных средств, так и программного обеспечения;

- межпроектной унификации для всех типов пассажирских и военно-транспортных самолетов, как перспективных, так и модернизируемых.

Перспективная архитектура БЦВС базируется на сетевых технологиях с применением высокоскоростных последовательных внутрисистемных интерфейсов, допускающих коммутацию электрических межмодульных соединений и возможность построения динамически реконфигурируемых вычислительных структур.

Предлагаемый доклад посвящен реализации БЦВС на основе высокоскоростного интерфейса SpaceWire.
Анализ существующих решений
В проектах известных сегодня отечественных образцов [1, 2, 3, 6, 7, 11] БЦВС в качестве внутрисистемного интерфейса используются интерфейсы ARINC664 (Gigabit Ethernet 1000Base-SX, AFDX), CompactPCI (PICMG 2.0, D3.0), PCI Express, RapidIO, VME64x и др.

Построение БЦВС на основе последовательных внутрисистемных интерфейсов типа ARINC664, с высокой скоростью передачи данных требует включения в состав БЦВС специализированных устройств сопряжения (контроллеров), обеспечивающих взаимодействие быстродействующих компонентов БЦВС с менее производительными бортовыми интерфейсами.

Построение БЦВС на основе параллельных внутрисистемных интерфейсов типа CompactPCI, PCI Express, RapidIO (LP-LVDS), VME64x с большим количеством проводников во внутрисистемном интерфейсе сегодня не может обеспечивать высокую отказоустойчивость БЦВС при работе интерфейса в гигагерцовом диапазоне частот и, следовательно, отказобезопасность работы БЦВС в целом.

Таким образом, тип внутрисистемного интерфейса является определяющим в выборе архитектуры БЦВС. Очевидно, перспективная архитектура БЦВС базируется сегодня на сетевых технологиях с применением высокоскоростных последовательных внутрисистемных интерфейсов, допускающих коммутацию электрических межмодульных соединений и, следовательно, возможность построения динамически реконфигурируемых вычислительных структур.
Архитектура БЦВС на основе интерфейса SpaceWire
Одним из путей практической реализации перспективных бортовых цифровых вычислительных систем является построение вычислительных систем с применением технологии коммутируемых высокоскоростных интерфейсов SpaceWire в качестве внутрисистемного интерфейса, а также в качестве внешнего интерфейса для подключения сетевых абонентов в составе летательного аппарата.

Результатом практической реализации рассмотренных принципов построения бортовой цифровой вычислительной системы является структура бортовой цифровой вычислительной системы, внедренная в разработку бортовой аппаратуры в ФГУП «СПб ОКБ «Электроавтоматика» им. П. А. Ефимова».

Структурная схема перспективной БЦВС, разработанной в ФГУП «СПб ОКБ «Электроавтоматика» им. П.А.Ефимова» [2, 9], представлена на рисунке 1. БЦВС построена на основе унифицированных конструктивно-функциональных модулей (КФМ). В качестве КФМ выступают разные по назначению модули:

- вычислительные модули, производящие сложные расчеты для управления полетом ЛА;

- модули ввода-вывода, обеспечивающие функции обмена информацией по последовательным каналам, мультиплексным каналам обмена, разовым командам;

- графические модули, обрабатывающие изображение для его вывода на средства бортовой индикации;

- модули постоянной памяти, предназначенные для хранения функционального программного обеспечения;

- модули электропитания, обеспечивающие преобразования напряжения бортовой резервированной сети во вторичные напряжения, необходимые для электропитания модулей. Структурная схема перспективной БЦВС представлена на рисунке 1.



Рисунок 1 – Структурная схема БЦВС.
В основу архитектуры вычислительной системы положены сетевые топологии коммутации модулей «двойная звезда» и «полносвязная сеть».



Рисунок 2 – Комбинационная схема сетевой топологии БЦВС.
Комбинационная схема, представленная на рисунке 2, повышает надежность благодаря возможности полного резервирования каналов связи при подключении по топологии “двойная звезда”, обеспечивает резервирование каналов и максимальные значения пропускной способности благодаря использованию топологии “полносвязная сеть”, а в качестве дополнительного эффекта обеспечивает программно управляемое исполнение функциональных задач авионики.
Сравнение показателей надежности для различных вариантов назначения функциональных задач на вычислительные ресурсы
Данная архитектура создает предпосылки для реализации нескольких вариантов назначения функциональных задач на имеющиеся в системе вычислительные ресурсы:

- Каждая из задач исполняется на собственном вычислительном устройстве;

- Все задачи исполняются на одном вычислительном устройстве;

- Часть задач исполняется на индивидуальных вычислительных устройствах, остальные задачи исполняются на одном вычислительном устройстве.

Используя разные правила назначения функциональных задач на имеющиеся вычислительные ресурсы, появляется возможность за счет организации логических протоколов взаимодействия между модулями повышать надежность или увеличивать количество решаемых задач. Сравним несколько вариантов.

Первый вариант, когда необходимо решать большое количество задач в полете, и их решением будут заняты 8 вычислительных модулей. Схема надежности представлена на рисунке 3.



Рисунок 3 – Схема надежности вычислительной системы для первого варианта без резервирования вычислительных модулей.
Структура разбита на три группы: группу 1, состоящую из 2 модулей МПП, группу 2, состоящую из8 модулей МВ и группу 3, состоящую из 4 модулей МН и 2 фильтров радиопомех (ФРП).

Показатели вероятности безотказной работы и вероятности отказа для каждой группы представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели надежности по группам для первого варианта









Группа 1

0,999976

2.48∙10-5

Группа 2

0.983970

0.016030

Группа 3

0.9999999997

2.58∙10-9

Система




16,08∙10-3

Таким образом, показатель наработки на отказ для времени полета будет равен:

(1)

Второй вариант, когда для решения необходимого объема функций в полете достаточно 4 вычислительных модулей, поэтому оставшиеся 4 вычислительные модуля можно использовать как резервную цепочку для горячего резервирования. Схема надежности для этого случая представлена на рисунке 4.



Рисунок 4 – Схема надежности вычислительной системы для второго варианта с резервированием в виде дублирования последовательных групп из 4 вычислительных модулей.
Структура также разбита на три группы, но в данном случае вторая группа представлена в виде двух последовательных групп из четырех вычислительных модулей каждая.

Показатели вероятности безотказной работы и вероятности отказа для каждой группы представлены в таблице 2.

Таблица 2

Показатели надежности по группам для второго варианта









Группа 1

0,999976

2.48∙10-5

Группа 2

0,999855

1.45∙10-4

Группа 3

0.9999999997

2.58∙10-9

Система




1,94∙10-4


Таким образом, показатель наработки на отказ для времени полета будет равен:

ч (2)
Конструкция БЦВС
Конструкция вычислительной системы предназначена для сменных конструктивно-функциональных модулей с типоразмером 6U (по стандарту VITA-48) с кондуктивным охлаждением для реализации функций авионики центрального вычислителя и систем индикации в составе КБО.

Несущая конструкция имеет вид, представленный на слайде. Несущая конструкция обеспечивает:

- механическую установку и электрическое соединения сменных конструктивно-функциональных модулей;

- подключение на объекте к:

- бортовым интерфейсам SpaceWire, Fibre Channel;

- каналам информационного обмена разовыми командами;

- мультиплексным каналам;

- системе электроснабжения объекта;

- системе кондиционирования воздуха объекта.

- механическую установку вычислительной системы на объекте;

- возможность безопасного удаления и замены неисправных конструктивно-функциональных модулей на месте эксплуатации и имеет защиту от механических воздействий и электростатического разряда. Монтаж и демонтаж модулей осуществляется с помощью экстракторов, входящих в их конструкцию;

Конструкция вычислительной системы обеспечивает восстановление работоспособности вычислительной системы на объекте заменой отказавшей системы на исправную, при этом время замены не превысит 2- минут при наличии свободного доступа к конструкции.

Масса вычислительной системы составляет 35 кг, ее габаритные размеры 490×275 ×327,5 мм.

В настоящее время изготовлен опытный образец и проводится отладка программного обеспечения на стенде отработки в ОКБ.
Заключение
В докладе были проанализированы различные структуры БЦВС и используемые в них сетевые интерфейсы, была представлена структура БЦВС с использованием интерфейса SpaceWire, на основе которого построена сетевая топология типа “полносвязная сеть”.

Преимуществами использования в составе БЦВС в качестве внутрисистемного интерфейса каналов SpaceWire являются:

- повышение надежности работы внутренней сети обмена данными благодаря возможности полного резервирования каналов связи за счет соединения КФМ БЦВС по топологии «двойная звезда»;

- достижение максимального уровня пропускной способности внутрисистемного интерфейса в границах соединенных компонентов по топологии «полносвязная сеть»;

- обеспечение программно управляемого исполнения функциональных задач авионики за счет соединения компонентов БЦВС по топологии «полносвязная сеть».

Предложенная структура была реализована в комплексе бортового оборудования «Крейт» в ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ «Электроавтоматика» им. П. А. Ефимова». В настоящее время изготовлен опытный образец и проводится отладка программного обеспечения на стенде отработки в ОКБ.
ЛИТЕРАТУРА


  1. Абросимов О.В. и др. Базовая несущая конструкция платформы интегрированной модульной авионики. - Патент на полезную модель №106404 U1 RU, МПК G06F 1/16. №2010129389/08. Заявл. 15.07.2010. Опубл. 10.07.2011.

  2. Богданов А.В. и др. Платформа интегрированной модульной авионики.- Патент на полезную модель №108868 U1 RU, МПК G06F 9/00, №2011121962/08. Заявл. 01.06.2011. Опубл. 27.09.2011.

  3. Герлих Х. Модульная система авионики самолета. - Патент №2413655 С2 RU, МПК В64С 19/00. №2008123940/11. Заявл. 16.11.2006. Опубл. 10.03.2011. Бюл. №7.

  4. Джанджгава Г.И. Авионика пятого поколения: новые задачи – новая структура. - Вестник авиации и космонавтики. – 2001. – № 5. – C. 8–10.

  5. Евгенов А.В. Направления развития интегрированных комплексов бортового оборудования самолетов гражданской авиации. - Авиакосмическое приборостроение. – 2003. – № 3. – С. 48–53.

  6. Егоров К.А. и др. Платформа интегрированной модульной авионики. - Патент №2413280 С1 RU, МПК G06F 9/02. №2009127190/08. Заявл. 14.07.2009. Опубл. 27.02.2011. Бюл. №6.

  7. Егоров К.А. и др. Платформа интегрированной модульной авионики. - Патент на полезную модель №88462 С1 RU, МПК G06F 9/00. №2009127040/22. Заявл. 14.07.2009. Опубл. 10.11.2009.

  8. Ефанов В.Н. Открытые архитектуры в концепции авионики пятого поколения // Бодрунов С.Д. - Мир авионики. – 2004. – № 5. – С. 20–28.

  9. Жаринов О.О. Принципы построения крейта бортовой многопроцессорной вычислительной системы для авионики пятого поколения // Видин Б.В., Шек-Иовсепянц Р.А. - Научно-технический вестник СПб ГУ ИТМО. 2010. вып. 68. С. 21–27.

  10. Михайлуца К.Т. Основные архитектурные концепции информационно-вычислительной среды бортового оборудования перспективных летательных аппаратов // Чернышев Е.Э., Шейнин Ю.Е. - Современные технологии извлечения и обработки информации. – СПб: Радиоавионика, 2001. – 175 с.

  11. Севбо В. Многопроцессорный вычислительный комплекс для задач «жесткого» реального времени // Орлов А., Лошаков А. - Современные технологии автоматизации. 2007. №3. С. 32–38.


Текст доклада согласован с научным руководителем.

Научный руководитель: д.т.н. Жаринов И.О., руководитель учебно-научного центра ФГУП «Санкт-Петербургского ОКБ «Электроавтоматика» им. П.А. Ефимова».


Научный руководитель: д.т.н., доцент, Жаринов Игорь Олегович.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconСанкт-Петербургское государственное учреждение здравоохранения (СПб...
Санкт-Петербургское государственное учреждение здравоохранения (СПб гуз) «Женская консультация №44» Пушкинского района
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconСанкт-Петербургское государственное казенное учреждение «Пискаревское мемориальное кладбище»

Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconСанкт-петербургский государственный университет санкт-петербургское философское общество
Используя их, учителя могут получить доступ к содержанию специализированных мультимедиа библиотек, энциклопедий, справочников, учебников,...
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по учебному предмету история искусств
Санкт-петербургское государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconГоризонты
Материалы IX ежегодной международной конференции 16-17 ноября 2007 года – спб., Санкт-Петербургское философское общество, 2008
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Государственного бюджетного образовательного учреждения среднего профессионального образования Санкт-Петербургский колледж информационных...
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Санкт-Петербургское государственное стационарноеучреждение социального обслуживания
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Санкт-петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Санкт Петербургское государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Санкт Петербургское государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Санкт-Петербургское государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Санкт-Петербургское государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconУчебное пособие по мдк. 03. 02 «Товароведение продовольственных и непродовольственных товаров»
Организация-разработчик: Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Колледж «Императорский...
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconСанкт-петербургское отделение института истории ран
Я закончил эту книгу в конце 1960-х годов. Она состояла из пяти глав (а также, естественно, введения и заключения)
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение «Приморский культурный центр» (далее Исполнитель), в лице
Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
«Хайдеггер и восточная философия: поиски взаимодополнительности культур»: Санкт Петербургское философское общество; спб.; 2001


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск