IMA核心處理系統軟件結構

郭惠軍　賈蒙　李根　段譽

摘要：航空電子系統的體系結構伴隨著技術的發展朝著高度綜合化和模塊化方向迅速發展。主要體現如下：大量采用外場可更換模塊，系統高度模塊化;減少生命周期成本，提高任務執行能力;實時性、健壯性要求更高;具有較強的容錯能力。本文分析了IMA系統的軟件結構，得出核心處理系統軟件結構需要實現的兩個主要目標：搭建可重構的軟件框架;建立可重用的應用程序組件。

關鍵字：應用軟件層操作系統層模塊支持層IMA系統

引言

根據分層的軟件構架理念，航空電子系統軟件結構可分為3層，對于塔式軟件系統3層結構的每一個軟件層，在這個模型里，為了提供每層之間的獨立性，層與層之間通過標準的接口進行通信。接口服務封裝在低一級的軟件層中，對于上一級的軟件層來說，，接口層提供了一種“虛擬機”，在這樣的環境下，每一個接口都提供了一套通用的服務和資源。

1應用軟件層

最頂層，包括飛機具體的功能應用軟件，這一層軟件包括與飛機任務和功能相關的各種軟件，其與硬件無關。本層又分為：

（1）功能應用軟件：為完成各種任務而開發的應用軟件。

（2）應用管理軟件：用于實現任務/方式管理。

應用層中每個功能應用程序都完成特定功能。功能應用程序處理由某傳感器或者其他功能應用程序傳遞來的數據，然后將處理后的數據傳送至作動器或者其他功能應用程序。這種處理要求是實時的，即需要在規定的時間之內完成。每個具體的功能應用程序都能被劃分成若干個平行的處理單元對于某個功能應用程序進行任務劃分，需從整體上進行規劃，并且要與網絡接口、處理過程、實時要求等具體要求緊密結合。每一個人物都有自己的運行環境，任務間的信息交換在任務的輸入/輸出中處理。也可采取共享內存的訪問方式，減少網絡通信流量。

所有的應用軟件都駐留在應用層，開發時于具體的硬件無關，通過標準的接口和其它層通信，從而達到軟件可重用的目的。

2操作系統層

操作系統層為中間層，提供為執行應用軟件和管理系統所需的所有功能，，其與飛機、硬件相互獨立。操作系統層負責處理所有的通信需求，為各種應用程序提供執行平臺，該層進行機載資源的管理，按照優級對各種任務進行調度和切換。操作系統層可以完成通用系統管理、任務執行、任務監控、資源監控、通信服務和時間服務等功能。其包括了三個部分，操作系統，通用系統管理器，藍印系統。

（l）操作系統：提供為支持實時應用執行和有關的資源管理（例如：調度、通信服務、錯誤管理服務、系統安全服務、時間服務）所需的各種服務。

（2）通用系統管理（GSM）：適用于任何層次的資源管理，并提供健康監視、故障管理、配制管理、安全管理等功能。

健康監控：用于評估航電資源使用情況以及綜合區域和飛機的健康狀況，具體的功能取決于所運行的系統層次。它主要作用在于監控錯誤和故障，并將任何有關的故障信息傳遞給故障管理系統，以便對故障作進一步的診斷與處理;

故障管理：用于定位、隔離和限制錯誤和故障，阻止錯誤的發生或者限制錯誤的擴散，并且確保系統在發生錯誤后可以維持運行一段必要的時間，已完成系統重構或者降級等必要的安全處理;

配置管理：執行初始系統配置，和后來由于飛行模式改變請求或故障/錯誤處理和系統的最終下電引起的重構，以及系統關機等;

安全管理：負責系統安全策略的執行，其職責是關鍵管理并且也必須能夠執行安全的相關技術，包括編碼、解碼、認證算法和密鑰管理。

3模塊支持層

模塊支持層為最底層，包括了基礎硬件的詳細情況，并提供對實現操作系統層所需的底層資源的存取。模塊支持層提供下列服務：

（1）加載服務。數據處理模塊從通用系統管理獲取信息后，很具調度表利用本服務加載應用軟件任務包。加載器通過通信服務和大容量存儲模塊進行通信，交互參數包含需要加載的任務包的標識，當任務包接收完整后，操作系統在合適的內存地址上進行任務加載。

（2）通信服務。該服務包括創建虛擬通道銷毀虛擬通道、發送數據、接收數據和通信連接測試等。

（3）時間服務。提供自身硬件的日期/時間情況，向操作系統提供當前時間，同時用于系統時間校準。

（4）自測試服務。通過通用系統管理軟件或者本地故障管理軟件啟動，進行模塊狀態檢測。包括自啟動的自測試和觸發自測試。

（5）模塊資源服務。將當前模塊信息提供給操作系統。

4軟件體系與IMA系統的關系

三層塔式結構軟件模型在執行任務的時候，將加載到硬件模塊上，這些處理模塊包括數據處理模塊、信號處理模塊、圖像處理模塊、海量存儲模塊和電源轉換模塊。對于網絡支持模塊，可以不需要支持完整的三層塔式軟件結構，但必須提供完整的模塊支持層的功能，可以通過模塊支持層接口與其它模塊通信。

三層塔式軟件結構將在模塊的初始化過程中加載到模塊的處理單元上，如圖1所示。

對于數據處理模塊，模塊里面包含多個微處理器，每一個微處理器都可以加載不同的軟件系統這些微處理器從邏輯上看是獨立的，整個模塊是由多個處理器組成的處理系統，對于信號處理模塊，模塊里面包含了若干信號處理器，在模塊的初始化過程中，將在一個處理器上搭建軟件系統，其余處理器完成信號處理的過程，在模塊的設計過程中，可以有區別的設計這兩種處理器，將DSP技術引入到設計過程，對于圖像處理模塊，與信號處理模塊類似，模塊包括若干圖像處理器，在初始化過程中，將在一個處理器上加載軟件系統，其余處理器完成具體的圖像運算功能，在設計過程中，可以考慮采用不同的設計技術，讓圖像處理器更適用于圖像運算處理，對于海量存儲模塊，將在處理單元加載軟件系統，在模塊初始化的過程中，海量存貯模塊將自動加載軟件系統并指導其他模塊完成初始化過程，對于電源轉換模塊，為了控制和監控輸出去的每路電源狀況，也需要有一定的處理能力，在模塊中將包含微處理器，可以加載軟件系統。

參考文獻

[1]寧毅.IMA平臺需求定義技術研究[J].科技資訊，2016，14（16）：13+15.

[2]張占芳，王經典，王嘉良.機載核心處理系統通用化平臺研究[J].航空電子技術，2017，48（04）：7-10+26.

[3]李昕穎，查振羽，崔德剛，熊華鋼，綜合化航電核心處理系統研究[J].民用飛機設計與研究，2009（Sl）：139-143.