Бортовая цифровая вычислительная машина комплексов управления и навигации летательных аппаратов

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к бортовым цифровым вычислительным машинам (БЦВМ) и устройствам, обеспечивающим взаимосвязь управляющих и информационных систем летательных аппаратов, проведение вычислительных процессов и представление индикационно-управляющих параметров экипажам в реальном текущем времени. Комплекс аппаратных средств, содержащий модуль центрального процессора, модуль периферийного процессора, модуль устройств памяти и модуль ввода-вывода, взаимосвязан по каналу информационно-вычислительного обмена с взаимодействующим бортовым и наземным оборудованием. Распределенный по их программируемым частям комплекс программно-алгоритмических средств, содержащий программно-алгоритмические модули системных вычислительно-логических средств и функциональных вычислительно-логических средств, взаимосвязанных по магистрали вычислительно-логического обмена, обеспечивает проведение вычислительных процедур и обмен с взаимодействующим бортовым и наземным оборудованием в реальном времени. Введение в состав БЦВМ программно-алгоритмического модуля адаптации и реконфигурации системных и функциональных вычислительно-логических средств расширяет функциональные возможности БЦВМ в части оптимизации ресурсов и обеспечения работоспособности при аппаратно-программных отказах и сбоях. В результате повышается эффективность использования комплексов управления и навигации и снабженных ими летательных аппаратов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к бортовым цифровым вычислительным устройствам, обеспечивающим взаимосвязь с бортовым и наземным взаимодействующим оборудованием и проведение вычислительно-логических процедур в текущем реальном времени.

Из известных прототипов ([1] Преснухин Н.Л., Нестеров П.В. «Цифровые вычислительные машины», Москва, Высшая школа, 1981 г., стр.474-478; [2] Е.А.Федосов «Авиация ПВО России и научно-технический прогресс», Москва, Дрофа, 2001 г., раздел 6.1.6 «Совершенствование бортовых вычислительных средств», стр.533-552; [3] патент RU №2287452 C1, 22.12.2005 г.) наиболее близким является [1], где представлена цифровая вычислительная машина, включающая взаимосоединенные с взаимодействующим оборудованием и между собой по каналу информационно-вычислительного обмена модуль центрального процессора, модуль периферийного процессора, модуль устройств памяти, модуль ввода-вывода (комплекс аппаратных вычислительно-логических средств) и, распределенный по их программируемым частям, комплекс программно-алгоритмических средств, содержащий взаимосвязанные по магистрали вычислительно-логического обмена программно-алгоритмические модули системных вычислительно-логических средств и функциональных вычислительно-логических средств.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей бортовой цифровой вычислительной машины в части обеспечения оптимального использования аппаратных ресурсов и адаптации комплекса вычислительно-логических средств к внешним и внутренним обстоятельствам (отключения, отказы, сбои, работа бортового и наземного оборудования в режиме ожидания).

Достигается указанный результат тем, что бортовая цифровая вычислительная машина комплексов управления и навигации летательных аппаратов, содержащая комплекс аппаратных средств, включающих взаимосоединенные между собой и с взаимодействующим бортовым и наземным оборудованием по каналу информационно-вычислительного обмена модуль центрального процессора, модуль периферийного процессора, модуль устройств памяти, модуль ввода-вывода и, распределенный по их программируемым частям, комплекс программно-алгоритмических средств, включающий взаимосвязанные по магистрали вычислительно-логического обмена программно-алгоритмические модули системных вычислительно-логических средств и функциональных вычислительно-логических средств, дополнительно снабжена программно-алгоритмическим модулем адаптации и реконфигурации системных и функциональных вычислительно-логических средств, взаимосвязанных по магистрали вычислительно-логического обмена с программно-алгоритмическим модулем системных вычислительно-логических средств и программно-алгоритмическим модулем функциональных вычислительно-логических средств, распределенным по программируемым частям взаимодействующего бортового и наземного оборудования, модуля центрального процессора, модуля периферийного процессора, модуля устройств памяти, модуля ввода-вывода, которые во взаимосоединении между собой и взаимодействующим бортовым и наземным оборудованием по каналу вычислительно-информационного обмена образуют комплекс аппаратных средств бортовой цифровой вычислительной машины комплексов управления и навигации летательных аппаратов.

На чертеже представлена блок-схема бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ), содержащей: 1 - модуль центрального процессора МЦП, 2 - программируемая часть (ПЧ) МЦП, 3 - модуль периферийного процессора МПП, 4 - программируемая часть (ПЧ) МПП, 5 - модуль устройств памяти МУП, 6 - программируемая часть (ПЧ) МУП, 7 - модуль ввода-вывода МВВ, 8 - программируемая часть (ПЧ) МВВ, 9 - взаимодействующее бортовое и наземное оборудование ВДО, 10 - программируемая часть (ПЧ) ВДО, 11 - канал информационно-вычислительного обмена КИВО, 12 - магистраль вычислительно-логического обмена МВЛО (пунктирная линия), 13 - программно-алгоритмический модуль (ПАМ) системных вычислительно-логических средств СВЛС, 14 - программно-алгоритмический модуль (ПАМ) функциональных вычислительно-логических средств ФВЛС, 15 - программно-алгоритмический модуль (ПАМ) адаптации и реконфигурации системных и функциональных вычислительно-логических средств РСФС.

ВДО 9 с программируемой частью ПЧ ВДО 10 (в состав заявляемого устройства не входят) включает бортовые датчики параметров состояния агрегатов самолета и оборудования, информационные приемники, средства отображения, управления, записи и воспроизведения, а также наземные средства контроля, подготовки и ввода данных (в том числе программ), проведения периодических и регламентных проверок.

Взаимодействие ВДО 9 и ПЧ ВДО 10 с узлами БЦВМ (в том числе их программируемыми частями) осуществляется по КИВО 11, включающего различные связи, например по ГОСТ 18977-79, ГОСТ 26765.52-82, ГОСТ Р50832-95, PCI, VME, STANAG 3350, MIL-STD-1553В, MIL-STD-1750A, RS-232C, RS 482, RS-449, RS-485.

Комплекс аппаратных средств БЦВМ включает взаимосоединенные между собой и с ВДО 9 по КИВО 11 узлы БЦВМ:

- МЦП 1 (и его программируемая часть ПЧ МЦП 2), МПП 3 (и его программируемая часть ПЧ МПП 4) являются универсальными процессорами, решающими арифметические и логические задачи; в составе БЦВМ возможно как отсутствие, так и наличие нескольких в том числе специализированных (например, графических), МПП 3;

- МУП 5 (и его программируемая часть ПЧ МУП 6) содержит различные устройства памяти - оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) с различными видами доступа, долговременные энергонезависимые запоминающие устройства (ДЗУ) и другие виды запоминающих устройств для хранения программ и массивов параметров и данных;

- МВВ 7 (и его программируемая часть ПЧ МВВ 8) является программируемым контроллером, работающим по заданной программе, управляемой по переданным по КИВО 11 командам, отрабатываемым контроллерами ПЧ МВВ 8 в части передачи данных, команд и программ в приемные устройства ВДО 9 и соответственно синхронный прием, преобразование, передачу в ПЧ МЦП 2, ПЧ МПП 4, ПЧ МУП 6.

Комплекс программно-алгоритмических средств БЦВМ ([1], стр.64-76) включает распределенные по программируемым частям (ПЧ) комплекса аппаратных средств БЦВМ ПАМСВЛС 13 и ПАМФВЛС 14, взаимосвязанные по МВЛО 12, представляющей систему команд, способы адресации и управления внутренней и внешней памятью, систему прерываний, порядок взаимодействия по КИВО 11.

ПАМСВЛС 13 обеспечивает общее функционирование БЦВМ на основе программно-алгоритмических компонентов:

- начальный тест и начальная инициализация ПЧ МЦП 2 и ведение службы реального машинного и текущего времени;

- функции синхронизированного взаимодействия ПЧ МЦП 2, ПЧ МПП 4, ПЧ МУП 6, ПЧ МВВ 8, ПЧ ВДО 10 по КИВО 11 в соответствии с порядком взаимодействия, определяемым МВЛО 12;

- функции автономного и тестового контроля, взаимодействия с аппаратными и программными средствами рабочего места программиста (удаленный «отладчик») и оператора ввода программ;

- функции приоритетного (очередь и порядок) управления решаемыми задачами (в том числе в ПАМФВЛС 14) в реальном времени;

- функции внутренней и внешней синхронизации входных и выходных информационных потоков в текущем реальном (по факту фиксации выдачи данных от датчиков ВДО 9) времени.

ПАМФВЛС 14 по управлению через МВЛО 12 от ПАМСВЛС 13 обеспечивает решение конкретных задач навигации, индикации, целеуказания, применения, обработки сигналов, комплексной обработки информации; сформированные множества параметров в реальном времени с МВВ 7 по КИВО 11 поступают в ВДО 9 для управления режимами работы летательного аппарата и взаимодействующего оборудования и для выполнения экспертных и исполнительных функций экипажам.

Программы ПАМСВЛС 13, ПАМФВЛС 14, МВЛО 12, ПЧ ВДО 10, ПАМРСФС 15 разрабатываются, например, на языке С.

Программы МВЛО 12 и ПАМСВЛС 13, вносимые в ПЧ комплекса аппаратных средств от внешних устройств памяти, обеспечивают функционирование и работоспособность БЦВМ, которая может поставляться потребителям. Потребитель-разработчик алгоритмов и программ решения конкретных задач - управление, навигация, индикация, обработка потоков данных, специальных сигналов (радиолокационных, видео) с внешней, например, FLASH-памяти заносит программы ПАМФВЛС 14 в ПЧ комплекса аппаратных средств, преобразуя БЦВМ в специализированный вычислитель решения конкретных задач.

Дополнительно введенный ПАМРСФС 15 во взаимосвязи через МВЛО 12 обеспечивает управление ПАМСВЛС 13 и ПАМСФЛС 14 по программно-алгоритмическим компонентам:

- отслеживание и экспертная оценка внутренних (отказы, сбои, ошибки адресации, нарушение прав доступа в комплексах аппаратных и программно-алгоритмических средств БЦВМ) и внешних (отказы, сбои, отключения, переключения в ВДО 9 и в ПЧ ВДО 10) событий;

- установление приоритетов и принятие решений (адаптация) по реконфигурации посредством оперативного перепрограммирования комплекса программно-алгоритмических средств БЦВМ - ПАМСВЛС 13 и ПАМФВЛС 14 во взаимосвязи по МВЛО 12 распределенных по ПЧ комплекса аппаратных средств БЦВМ и ПЧ ВДО 10.

ПАМ РСФС 15 может быть реализован в составе ПАМСВЛС 13.

Например, при программных сбоях в ПЧ МПП 4 или инструментальном отказе МПП 3 в ПАМРСФС 15 проводится оценка события, принимается решение по реконфигурации комплекса программно-алгоритмических средств, формируется сообщение (набор команд), которое по МВЛО 12 поступает в ПАМСВЛС 13 и ПАМФВЛС 14, соответственно осуществляется перезагрузка программ и осуществляется функционирование БЦВМ с оперативно измененной структурой аппаратных и программно-алгоритмических средств, адаптированной к произошедшему событию.

Таким образом, реализуется концепция открытой архитектуры и интеграции, обеспечивающая выполнение задач БЦВМ, комплексов оборудования и летательных аппаратов в исключительных ситуациях.

На примере технической реализации показано достижение технического результата - расширение функциональных возможностей БЦВМ в части обеспечения работоспособности посредством оптимального распределения ресурсов комплексов аппаратных и программно-алгоритмических средств БЦВМ при внутренних и внешних событиях, могущих привести к срыву полетных заданий летательных аппаратов.

Бортовая цифровая вычислительная машина комплексов управления и навигации летательных аппаратов, содержащая комплекс аппаратных средств, включающий взаимосоединенные между собой и с взаимодействующим бортовым и наземным оборудованием по каналу информационно-вычислительного обмена модуль центрального процессора, модуль периферийного процессора, модуль устройств памяти и модуль ввода-вывода, а также распределенный по их программируемым частям комплекс программно-алгоритмических средств, включающий взаимосвязанные по магистрали вычислительно-логического обмена программно-алгоритмический модуль системных вычислительно-логических средств и программно-алгоритмический модуль функциональных вычислительно-логических средств, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен программно-алгоритмический модуль адаптации и реконфигурации системных и функциональных вычислительно-логических средств, взаимосвязанный по магистрали вычислительно-логического обмена с программно-алгоритмическим модулем системных вычислительно-логических средств и с программно-алгоритмическим модулем функциональных вычислительно-логических средств, разнесенный по программируемым частям взаимодействующего бортового и наземного оборудования, модуля центрального процессора, модуля периферийного процессора, модуля устройств памяти и модуля ввода-вывода, которые во взаимосоединении между собой и с взаимодействующим бортовым и наземным оборудованием по каналу вычислительно-информационного обмена образуют комплекс аппаратных средств бортовой цифровой вычислительной машины комплексов управления и навигации летательных аппаратов.