一種機電系統雙余度通道切換邏輯

車炯暉 劉夏青 吳斌

摘要：在航空電子系統中，機電系統是飛機的重要組成部分之一，本文通過提出一種雙余度通道切換邏輯，實時工作中按照該策略設定當前計算機通道健康分數，根據健康分數進行主備系統切換工作，有效提升了機電系統的數據資源共享能力和容錯重構能力。

關鍵詞：機電系統;健康分數;主備系統

中圖分類號： TP391? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0193-02

Abstract： Utility system is one of most important part of aircraft in avionics system.this paper proposes a dual redundancy channel switching logic. According to the strategy， the current computer channel health score is set in real-time work， and the active and standby systems are switched according to the health score， which effectively improves the data resource sharing ability and fault-tolerant reconstruction of the utility system ability.

Key words： utility system;health score;active and standby system

航空機電系統領域內，為提高系統的可靠性及容錯能力，通常采用雙余度技術滿足使用要求。雙余度設計主要基于“雙功能通道+BIT電路+切換邏輯”的方式。本文主要介紹一種雙余度計算機的工作通道切換邏輯，該策略通過獨立于CPU的切換策略來對產品功能通道進行打分，CPU通過通道的分值來確定主備通道的切換。同時，當CPU程序跑飛時，通過看門狗叫信號，可以實現整機的主備切換。

1 通道切換管理策略

通道故障切換主要由兩個部分組成，打分機制和得權機制。其中，打分機制針對通道的故障情況進行打分。由于機電管理計算機對于重要的控制通道都是雙余度設計。因此，對于同一個被控對象有兩路輸出和BIT電路。而打分機制對于無故障情況打健康分滿分10分，對BIT電路故障，但不影響控制通道輸出的打健康分7分，對于控制通道故障的打健康分2分，對于控制通道和BIT通道均故障的打健康分0分。對于機上重要控制信號按照上述方法建立打分表。同時，處理器故障采用一票否決制，健康分總分直接清0。

得權機制可以分為搶權機制和放權機制兩種。對于搶權機制來說，可能會存在由于信道故障引發的雙通道同時搶奪控制權的可能，因此不建議使用。本文采用放權機制，當工作通道認為自己通道打分低于備份通道時，主動將控制權交給備份通道。

2 通道切換邏輯及其互鎖的實現

如圖1所示，左邊表示A機某重要控制信號通路的通道切換邏輯，右邊表示B機某重要控制信號的通道切換邏輯。其中，自鎖信號為0時表示本通道鎖定，不予使用。BIT位根據對本通道的打分選擇寫1還是寫0。控制位用于在CPU故障時，整機切換時使用，且一旦發生了CPU故障且發生了切換，A通道將在本次飛行任務中永久禁止使用。

2.1 通道切換邏輯的上電工作序列

通道切換邏輯上電執行的步驟如下：

1）上電開始，控制位和BIT位被初始化成0，這時雙機該通道都為鎖定狀態。

2） 程序初始化時讀取機位號，向A機控制位寫1，A機BIT位寫1;向B機控制位寫0，BIT位寫1。這時A機該通道自鎖信號為1（A機該通道使能），B機為0（B機該通道被鎖定）。

3）向A機該通道控制位寫1， BIT位寫1;向B機該通道控制位寫1，BIT位寫1（使能切換）。

2.2 通道切換邏輯在通道發生故障時的切換策略

假設A機該通道發生了故障，通過雙機信道獲得B機該通道的打分情況來做出判斷：

1） 如果B機為滿分10分且A機為7分，則向上位機報告A機故障情況，A機繼續工作，同時B機準備輸出該通道控制指令，保證在接收到通道切換指令時可以做到無縫切換。

2） 當A通道得分為2分或者0分時，則通知上位機，同時告知B通道輸出控制指令，然后向A通道BIT位寫0，則B通道則可以無縫切換得到控制權。

3）另外，當A通道得分為2分時，A通道控制通路已經失效，僅留存BIT電路正常，A機周期性的通過信道將BIT信息發給B機，作為B機該通道的備份BIT。

2.3 通道切換邏輯在整機發生異常時的切換策略

當上電時A通道故障或者由于供電異常導致A通道機電管理計算機沒有上電時，由于互鎖信號進行了下拉，B通道將自動被使能。同時，B機上報上位機A機不存在或者存在異常。

假設當A通道在運行時CPU跑飛，則看門狗叫信號會自動將所有通道的控制位寫0，則此時A機整機被禁止，B機開始接管所有控制命令。同時，B機將上報上位機A機發生了異常。

2.4 通道切換邏輯在雙機信道異常時的處理策略

當A機和B機之間的信道存在異常時，每個機電管理計算機都無法獲得他機的通道打分情況，則向上位機報告雙機信道故障，并通過上位機獲得他機的通道打分情況。然后根據上位機下發的打分情況選擇使能或者禁止對應通道。

2.5 單機與上位機信道異常時的處理策略

假設當A機與上位機通信中斷，上位機將向B機發送與A機通信故障。此時B機將通過與A機互通的信道獲得A機準備上發的數據并代為轉發給上位機。同時上位機會將準備下發給A機的信息發給B機，由B機轉發給A機。A機和B機仍能根據打分情況使能和禁止對應通道。

3 結束語

本文通過與上位機的通信信道、交叉傳輸信道和通道切換邏輯，實現了一種具有數據資源共享和容錯重構的雙余度機電系統。在產品部分功能或通信信道功能喪失時，可以有效地進行系統的架構重組，保證了重要控制信號的可靠性和安全性，對機電系統的發展具有重要的意義。

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【通聯編輯：唐一東】