航电设备（共9篇）
航电设备 篇1
近年来GARMIN公司生产的G1000综合式航电系统已经广泛应用于民航各式飞机上。该系统集成了通讯、导航、GPS等功能, 系统内部结构高度综合化、模块化和智能化。目前国内关于G1000系统的资料极少, 只能进行简单的外场维护, 故障组件必须返回厂家修理, 对保障飞行安全和及时维修造成很大的影响。如果研制G1000系统自动化维修平台, 设计合理的维修方案, 对设备故障能够及时修复, 必将节约大量成本, 缩短维修周期, 保障飞行安全。本文在详细分析G1000内部总线和接口信息及内部总线传输协议和传输规范的基础上, 研制了G1000系统维修平台中的数据转换子系统, 经过验证, 该系统稳定可靠, 高速, 便于操作, 能快速有效实现数据转换功能。
1 G1000系统维修平台结构
系统维修平台能对G1000系统电子设备的各种信号等进行快速精确的测试, 它由信号模拟机, 系统选择面板, 数据组合、采集、转换模块和终端主控系统四大功能模块组成。使用时系统生成模拟信号, 用户选择被测件及其测试项目进行测试, 根据测试结果自动给出提示或者告警信息, 找出故障点。其中系统选择面板, 数据组合、采集、转换模块构成数据转换子系统, 用来选择测试组件, 采集输入信号并转换为适合主控计算机总线的格式, 在维修平台中是关键环节 (如图1) 。
2 数据转换子系统硬件电路设计
2.1 硬件总体结构
数据转换子系统由上位机、USB/UART转换电路、LPC2132单片机、供电电路、复位电路、时钟电路、显示电路及外围继电器电路等部分组成 (如图2) 。
数据转换子系统由上位机软件选择要选通的数据, 对外部信号进行采集, 对系统选择面板传出的数据进行整合, 把数据包发给控制器, 解码后由单片机控制外部设备选通需要的数据, 并在液晶屏幕上显示相应的选通信息。测试信号通过接口数据转换模块的继电器矩阵选择后, 最终到达GARMIN G1000系统自动测试终端设备。
2.2 主要电路设计
2.2.1 USB/UART转换电路
FT232RL主要功能是在内部硬件逻辑作用下实现USB和异步串行传输接口的转换。在上位机软件控制下, 经由U S B/U A R T接口的硬件电路把上位机发送的控制码传送给LPC2132控制器, 通过LPC2132控制器的解码然后控制相应的继电器吸合, 并通过LCD液晶显示器显示相应的控制信息。该U S B/U A R T模块采用总线供电方式。总线供电的优点是无需外接电源, 移动性强。
2.2.2 供电电路
系统电路需要3.3V电源并提供大约600mA电流才能满足要求, 采用BM1117-3.3V芯片将5V电源转化成3.3V作为主芯片以及其他部件的电源。
2.2.3 时钟电路
L P C 2 1 3 2可以使用外部晶振或外部时钟源, 通过内部P L L (Phase Locked Loop) 电路可以调整系统的时钟, 提高系统的运行速度。本设计中, 外部石英晶体振荡频率选择为11.0592MHz。在调试程序时, 根据程序要求, 相应的进行片内锁相环P L L设置, 使C P U的指令执行速度满足要求。
2.2.4 复位电路
系统采用上电自动复位和人工复位结合。MAX809T是一种单一功能的微处理器复位芯片, 具有低电平有效的RESET输出, 小型的三管脚SOT-23封装, 无需外部器件, 它可以在上电、掉电和节电情况下向微控制器提供复位信号, 当电源电压低于预设的门槛电压时, 器件就会发出复位信号, 直到在一段时间内电压又恢复到高于门槛电压为止。当需要进行单片机复位时, REST S2按下, 即可实现手动复位功能。
2.2.5 MJTAG接口电路
为了将编制好的硬件控制程序拷贝到单片机各个模块, 系统采用精简版的10脚MJTAG仿真调试接口, 用于下载程序。如果用户需要用单片机中的P1.26~P1.31作I/O口, 不进行MJTAG仿真调试, 则可以在用户程序中通过设置PINSEL2寄存器来使LPC2132内部M J T A G接口禁止。
2.2.6 外围控制电路
控制电路使用G5V-1继电器, 因继电器工作电流比较大, 单纯的采用ARM的I/O口来驱动是不能正常工作的, 所以为了驱动继电器, 采用ULN2803芯片。
2.2.7 液晶显示模块
采用L C D 1 2 2 3 2 F型点阵图形液晶显示器, 在L P C 2 1 3 2与L C D 1 2 2 3 2连接处使用总线接口, 数据通过总线接口传送到LCD12232F进行显示。
3 软件的设计与实现
3.1 总体设计
子系统软件设计本着易维护、精简、实时、可靠性高的原则, 包括系统初始化、时钟设置、串口接收、解码校验和控制等部分。其中重点是数据的解码校验部分, 应该保证数据在受到干扰的情况下仍能准确的传输。
系统选用LPC2132高性能单片机作为主控芯片。首先用PC上位机软件选择并打开系统占用的COM口, 然后选择要选通A或B路信号和这一路的某几位信号, 然后点击发送。上位机就会把这些信息打包通过USB/UART模块发送给控制器LPC2132, LPC2132对数据进行校验解码, 丢弃无效数据包, 选择有效的数据包并提取出相应的选通信息, 然后输出控制选择某路继电器通, 然后控制选通的这一路继电器的相应位, 实现数据选通输出 (如图3) 。
4 上位机程序设计与实现
上位机源程序用V C++语言编写, 并加入了功能强大的M F C (Microsoft Foundation Class) 类库。用MSComm控件实现串口通讯。M S C o m m控件有两种处理通信的方式, 即事件驱动和查询方式。事件驱动方式实时性较强。查询方式适合于应用程序较小、实时性要求不高的系统。由于对实时性的要求, 本系统主要采用了事件驱动方式和响应中断的通信方式。
5 结语
本文以LPC2132为主控核心, 设计了一种由上位机软件选择要选通数据, 把信息打包发给控制器, 解码后控制数据选通单元选通所要选通数据, 并在液晶上显示相应的选通信息的系统。经过实物验证, 该系统稳定可靠, 高速, 便于操作, 人机交互性强。上位机软件界面简洁, 操作方便, 并采用了可靠的数据校验算法, 大大减少了数据传送的误码率。本系统选通的信号高速同步延时小, 通用性很强, 可以推广到其他类似系统使用。
摘要：研制了GARMIN G1000系统维修平台的数据转换子系统。在分析GARMIN G1000系统及其内部总线规范的基础上, 利用VC++和LPC2132单片机实现了数据转换子系统设计, 包括硬件、软件和上位机的设计等。硬件设计主要包括MCU最小系统电路、外围控制电路、液晶显示等;软件设计主要包括程序初始化、串口接收、解码校验等;上位机设计主要用MSComm控件实现了串口的通讯功能。
关键词：复杂航电设备,LPC2132单片机,数据转换系统
参考文献
[1]任可, 苟江.GARMIN G1000航空电子系统原理及维护方法[J].自动化与仪器仪表, 2009, 142 (2) :87-89.
[2]吕毅清.新一代的航空电子自动测试设备[J].国外电子测量技术, 2000, 1:8-11.
[3]董勤鹏, 熊华钢.基于某航空电子设备的自动测试系统设计与实现[J].自动化技术, 2008, 284 (21) :146-149.
[4]陈煜, 李韫蕾.航空电子设备自动测试系统的研究与设计[J].贵州工业大学学报 (自然科学版) , 2006, 35 (3) :43-52.
综合航电系统试飞方案探究 篇2
关键词：航电 试飞 综合航电系统
中图分类号：V212 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）10（a）-0151-01
综合航电系统的设计理念起源于20世纪90年代，美国洛克希德马丁公司和法国达索公司为了发展新型第四代战机，创新的提出了综合航电系统的概念，并在F22、F35和阵风战斗机中得到了应用。综合航电系统作为航电系统的一个发展趋势，2000年以后在波音787，空客A380、A350和国产大型客机上得到了广泛的应用怎么样才能验证综合航电系统符合FAA试航要求成为了大型客机制造商新的研究课题。
1 综合航电系统
综合航电系统作为整个航电系统的核心，是一个共享硬件和软件资源的通用处理平台。它主要可以为各航电子系统和与之交联的飞机系统提供集成计算处理能力、网络通信能力和远程数据接口能力[1]。综合航电系统由航电核心处理资源和航电数据网络两部分组成。航电核心处理系统是以航电核心处理资源中的通用处理模块作为数据处理和存储的中心，通过航电数据网络中的数据交换组件和远程数据接口单元实现航电各系统和飞机其它系统的集成交联和数据传输转换。
2 设计规范及验证条款
由于综合航电系统交联的系统众多，传输的信号复杂，对于系统的设计、集成和验证应符合AC 20-170，对于综合模块化航电（IMA）系统的开发、验证、集成和批准的指南应满足RTCA DO-297对IMA系统的开发流程的要求[2]。综合航电系统的适航取证必须满足FAR 25.1301（a），FAR 25.1309（a），FAR 25.1431（c） （d）这四个基本条款。
3 试验方案
适航取证试验一共分三个步骤，1.系统实验室验证试验；2.机上地功能试验；3.飞行试验。
（1）系统实验室验证试验
实验室试验主要是为了证明系统达到设计预期的要求和目标，并且符合适航条款的要求。试验室验证试验必须建立一个综合航电系统的试验平台，所有的平台组件都与实际安装在飞机上的组件，软件＼硬件的构型达到适航要求。
由于综合航电系统为全机的交联设备提供了一个数据传输的网络和集中运算的功能，所以在整个实验室里对综合航电系统的试验，就不单单对这一单一系统进行测试，而是要结合所交联的各个系统一起。
当完成了相关的准备工作，试验室里对综合航电系统平台的试验就可以完全展开。试验的方法主要依据DO 297（Test4）：
在试验室中测试的结果，预测在地面和飞行试验中的结果；验证IMA系统的资源配置，健康管理，故障恢复的能力；评估当异常情况发生时，综合航电系统的反应；评估一个或多个模块失效对周围模块的影响；解决多功能失效或是异常操作情况下的人为因素问题；高强度辐射场（HIRF）试验；逐一对各与综合航电系统交联的系统进行测试。
对各系统和综合航电系统的单独测试，工作量巨大，也最复杂。只有通过每个系统的单独测试，才能在实验室表明综合航电系统达到了设计的功能和指标。完成了实验室试验，综合航电系统就可以安装在飞机上进行机上地面功能试验。
（2）机上地面功能试验
机上地面试验主要分两个部分，1.系统安装及调试试验；2.系统适航审定符合性验证试验。
系统安装及调试试验，主要是将经过实验室调试的系统设备安装到飞机上，由于改变了试验环境，所以安装后需要调试才能达到系统功能正常工作。其步骤与实验室试验a-g相同。
系统适航航审定符合性验证试验的主要目的是在地面完成将要在飞行试验中的所要验证的各项适航条款的试验，为将要进行的飞行试验准备。
FAR 25.1301a（4），在安装后要系统功能正常。FAR 25.1309a，系统设计必须保证在各种可预期的运行条件下系统能完成预定功能。FAR 25.1431c，设备在工作的同时不受也不对周围的系统产生影响。FAR 25.1431d，电子设备的设计和安装不产生重要负载。
从上面对个条适航条款的验证可以看出，飞机地面试验的主要方法是与交联系统一起，经过长时间的运转，测试综合航电系统的可靠性，安全性和准确性。
（3）飞行试验
综合航电系统的飞行试验主要包括，研发试飞和合格审定试飞两个部分。
研发试飞试验的主要目的是验证综合航电系统设计的各项功能、测试系统的技术性能指标、调整系统参数、发现排除系统设计制造上的故障和缺陷，校正使用维护手册。由于综合航电系统的特殊性，在飞行试验中无法单独安排试飞科目，所以笔者认为，对于综合航电系统的试飞需要结合其它科目一并经行。这就需要在与综合航电系统交联的各个系统试飞中，加入一个验证科目，专门针对测试综合航电系统功能的验证。在研发试飞中，通过综合航电系统对各系统的数据传输和计算功能的支持，来验证综合航电系统达到了设计的功能和指标，并且初步表明符合性验证综合航电系统符合适航条款的要求。
合格审定试飞综合航电系统合格审定试飞试验是为了验证综合航电系统对FAR 25部相关适航条款的符合性，为飞机取得型号合格证提供依据。适航验证试飞阶段从适航验证试飞开始到申请方取到飞机适航试飞项目规定的全部、齐全、有效的试飞数据为止。合格审定试飞，将针对FAR 25.1301（a），FAR 25.1309（a），FAR 25.1431（c）（d）这四个条款对综合航电系统进行验证。合格审定验证方法，结合交联各个系统在合格审定试飞中进行验证，同样是在各交联系统中增加综合航电系统的测试项，每个试验架次，都对综合航电系统进行合格审定验证。综合航电系统验证的结果应达到FAR 25部的条款要求，能为各的系统提供可靠、准确、安全的传输网络和计算功能，即达到了适航当局的要求。根据EASA的审定过程，综合航电系统的验证时间必须大于300h，以此表明系统的稳定性。
4 结语
综合航电系统作为现代航电系统的发展趋势，其试飞方法成为了制造商关注的焦点。文章结合了笔者在工作中的研究，总结出了综合航电系统的试飞方案，作为大型客机的研发试飞和合格审定试飞的参考。
参考文献
[1] 李昕颖，查振羽，崔德刚，等.综合化航电核心处理系统研究[J].民用飞机设计与研究，2009（S1）.
航电枢纽清污系统改造 篇3
关键词：清污机,门座式起重机,转运小车
0引言
汉江崔家营航电枢纽工程位于汉江中游丹江口—钟祥河段,坝址位于湖北省襄阳市下游17 km处,是一个以航运为主,兼有发电、灌溉、供水、旅游、水产养殖等综合开发功能的项目。电站安装6台15 MW灯泡贯流式发电机组,额定水头下耗水量366 m3/s,年利用小时4331 h,年平均发电量3.89亿k W·h,枢纽于2010年全面建成投运。
每年汛期,当河水流量在2000~3500 m3/s时,上游支流的大量水草顺流而下,聚集在发电站机组进水口,草堆厚度将近2 m。原有1台移动式耙斗清污机清污能力有限,导致机组拦污栅经常性堵塞,影响机组出力,严重时直接造成机组逆功率事故停机。水流在进水口1#~6#机组挡墙形成涡流,如果6#机堵塞将蔓延至5#机堵塞,6#,5#堵塞将蔓延4#机堵塞,如此恶性循环。因水草堵塞,机组负荷只能达到额定负荷的70%。表1为清污系统改造前2011年9月的发电量统计,从数据可以看出因清污不及时给电站造成直接发电经济损失高达27.4万元/天。
1清污系统设计构成
崔家营航电枢纽清污系统设计主要由浮式拦污栅、进口拦污栅、耙斗式清污机组成。
(1)浮式拦污栅。浮式拦污栅由127个的浮栅单元(浮箱)组成,通过36ZAB6X19+FC1670SZ钢丝绳串联并固定,浮式拦污栅主要用于拦住漂浮物,避免漂浮物直接冲进进水口拦污栅造成堵塞。
(2)进口拦污栅。进口拦污栅由1组75度角斜栅构成,由栅叶、清污导板、支撑钢柱组成,设置在机组进水口前,用于拦阻水流挟带的水草、漂木等污物。
(3)耙斗式清污机。1台2×80 k N耙斗式移动清污机装于机组流道进水口检修平台,主要用于电站6台机组流道进水口拦污栅栅面清污和水平运污。清污机采用液压耙斗,耙斗宽3.75 m,最大容量2 m3。
2原有清污设施存在的问题
(1)水草数量远远超出预期。汉江上游及唐白河支流河道的杂草每年汛期顺流而下,漂流至崔家营上游坝区水域。在泄水闸没有泄洪、电站发电的情况下,杂草会随水流在电站浮式拦污栅前聚集,崔家营清污系统为普通配置,汛期水草聚集量超出了设计清污能力。
(2)浮式拦污栅拦污效果有限。当杂草垃圾在拦污栅前聚集较多时,整个浮式拦污栅会有较大的弯曲弧度,杂草全部聚集在弯曲部位,堆积到一定程度后,从浮式拦污栅底部翻进电站进水口,在拦污栅前大量聚集。
(3)耙斗式清污机清污效率低。耙斗式清污机完成一次清污过程平均耗时约10 min,打捞杂草约1 m3,从6#机组清污点至卸污场往返用时10 min,且清污范围局限于进口拦污栅栅面,另外清污耙斗自身重量不够,遇到吸附在拦污栅厚实的草堆,清污耙斗下不去抓不动,能力有限,种种缺陷造成清污能力效率低,清污机无法解决大量杂草问题,只能作为辅助的清污工具或非汛期的栅面清污工具。
(4)清污机不能动水清污。清污机采用下水电缆控制液压耙斗,下水电缆由于自重和水流作用,频繁扯断电缆;同时液压耙斗在水流作用下,经常出现抓空现象。当大量杂草被发电水流吸附在拦污栅前时,清污耙斗下不去也抓不动,需停机清污。
(5)清污存在“盲区”。部分杂草、污物可穿过拦污栅进入检修门槽,造成机组技术供水管路堵塞、放检修叠梁门时门底因杂物造成检修门漏水。现有清污设备无法清理门槽内杂物,只能使用人工清污,清污任务重而且危险性大。
3清污系统改造
结合现场条件,针对清污系统存在的问题,通过局部改造、增加设备、更换设备、优化设计等方式进行的一系列改造,提高了清污效率,降低了发电损失。改造后的清污系统现场布置如图1所示。
3.1增加固定门座式起重机和专用排漂门
根据6台机组发电时的水流在6#机位置形成涡流,杂草在6#机前拦污栅聚集的特点,结合现场水工建筑物的实际布置,选择在6#机挡水墙上增加1台门座式起重机,起重量8 t,臂长17 m,工作幅度5~15.5 m,抓斗最大容积2.5 m3,可360°全方位旋转,门座式起重机清污效率高,完成一个清污动作用时约45 s。通过门座式起重机将6#机范围内的污物抓到泄水闸1#孔。
同时在泄水闸1#孔增加排漂叠梁门(利用原有3节检修叠梁门,新增1节2 m高的叠梁门组成排漂叠梁门),排漂叠梁门总高度低于上游正常水位1.9 m,配合工作弧门将漂浮在水面上的污物快速地排至下游,同时减少泄水量,还可避免对下游护袒的冲刷。
固定门座式起重机造价低,覆盖范围15.5 m,只能清除6#机局部范围内的污物,不能清除其他机组进口拦污栅前的污物,移动门座式起重机可以解决此类问题,值得推广但造价较高。
3.2增加1台清污机
重新设计1台清污机与原有清污机同轨道。为解决下水电缆问题及实现动水清污,新增清污机采用机械耙斗,并通过机械加压确保耙斗在大量杂草环境中也可实现闭合。同时将清污耙斗宽度增加至5 m,耙斗容量增加至3 m3,耙斗重量增加至6t,增设悬臂抓斗以满足检修门槽及拦污栅前辅助清污的要求。
3.3增加1台转运小车
在检修门槽盖板上新增1台转运小车,用转运小车代替原有的清污机集污斗,实现3台清污机共用1台转运小车运污,小车容量为12 m3,具有现地/遥控功能,方便操作。运污小车取代集污斗,不仅具有清污机转运杂物的功能,还能实现同轨道的2台清污机同时运行,提高了清污效率。
4改造效果
清污系统通过一系列的改造,整个清污体系较为完善,运作协调,高效,为正常发电提供了保障。经过2015年大量水草侵袭检验,清污系统改造成效显著,发电损失降低到98.68万元,见表2。
5导污思路
清污的最佳方案首选导污,充分考虑发电耗水量与泄水量的问题,通过科学的比较和合理的疏导使污物在排漂门前聚集,在合适的时间开启排漂门,将聚集的污物直接排放至下游,可以很好的解决清污难题,提高发电效率,减小清污投入。浮式拦污栅的设置相当重要。浮式拦污栅普遍采用的是钢丝绳柔性连接方式,由于发电水流原因呈一定弧度,杂草聚集在弧线上,因此,在设置浮式拦污栅时应尽量增大角度,减少弧度,由于崔家营的原有水工建筑物的特殊性,浮式拦污栅设置的改进实施代价过高。目前,国内有些设计单位已考虑到导污这个问题,将进水口的进水设计为侧面进水,有效的解决导污问题。
6结语
清污工作是内河航电枢纽的技术难题之一,不同环境、不同的地理位置,污物不同,清污方式不同,因地制宜制定适合本枢纽的清污方式显得十分重要。崔家营清污技术改造遵循“一导二疏三打捞”的原则,对于无法通过水流疏导的污物,在清污设备上改造创新,提高清污效率,改变传统的清污模式,系统解决清污过程中排污、打捞、转运的问题。一是因地制宜,采用效率更高的门座式起重机配合排漂孔进行清污、排污,其中移动门座式起重机在大量漂浮物的水电站清污的应用研究值得推广;二是技术改造,将传统清污机集清污、运污的功能分开,单独装设遥控运转小车,进一步提高清污机的工作效率。
参考文献
[1]王友亮,刘然心,汪宏志.三峡水利枢纽拦污和排污工程措施研究[J].长江科学院院报,1997,(2).
[2]童中山,周辉,吴时强,等.水电站导漂建筑物研究现状[J].水利水运工程学报,2002,(1).
航电设备 篇4
【关键词】 高职 专业认知
中图分类号：G712 文献标识码：A
航空电子设备维修专业培养的是拥护党的基本路线，掌握航空电子设备维修理论知识和航空电子设备维修技能等方面的基本理论与基本技能，具备较强的实际操作能力和较高的职业素质，能适应生产、管理和服务第一线需要的德、智、体、美全面发展的高等技术应用型专门人才。
开设《专业认知》课程的重要性
高等职业教育是以培养高技能应用型人才为目标，按照职业成长规律，开发并实施工作过程的系统化课程，是高职院校人才培养模式改革的基本方向。在学生刚刚踏入校门时，学生往往并不了解所选择专业属性，盲目地接受外界各方面积极或消极信息的影响，而对学习和就业方向作出一些较为错误的判断。高等职业教育基本特征就是以就业为导向，所以在航空电子设备维修专业学生入学时开设《专业认知》课程是非常必要的。
《专业认知》课程的主要内容
1.职业认知
以往专业认知课程首先介绍专业信息，培养目标等，不直观、不形象。高等职业教育是面向就业的教育。让学生首先对航空电子设备维修专业毕业后可以从事的工作有一个直观和具体的了解。根据中华人民共和国职业分类大典，介绍与航空电子设备维修相关的职业。还有一个就业途径就是申请直招专业途径，当兵入伍。介绍往年直招专业士官的报名时间、条件和待遇。然后根据航空电子设备维修专业的主要就业单位进行介绍，包括地域、薪金水平、招聘条件等等。
最后选取从事航空电子设备维修相关工作的典型人物进行介绍，且选取不同年级、不同职业发展阶段的优秀毕业生将职业成长经历、工作成绩以及职场感悟等予以介绍，使学生增强专业信心，树立学习目标，进而介绍航空电子设备维修的职业生涯规划。
2.职业成长
介绍航空电子设备维修专业毕业生从职场新人到技能专家的职业成长进阶。向学生介绍民航航空器维修基础执照（AV）专业和部件修理执照（包括航空器电子附件修理执照AVC和航空器电气附件ELC）的申请条件、考试内容、执照有效期等内容，强调英语的重要性。
3.专业人才培养方案介绍
通过对职业认知和职业成长的介绍，来反推专业人才培养方案。这样学生就更容易理解人才培养目标和课程设置的原因。知道课程与课程之间的衔接关系，了解哪些是公共基础课、哪些是专业基础课、哪些是专业主干课，其在专业人才培养方案中所起的作用是什么。介绍不同课程的考核方式，并介绍“双证书”制度，即在取得毕业证书的同时，至少取得相关航空电子设备维修职业资格证书中的一种。
4.专业发展概况与教学资源
介绍航空电子设备维修专业的发展概况，包括何时开办航空电子设备维修专业，每年的招生人数、就业率，就业分布（行业、企业、地域）所获荣誉等。教学资源包括实训实习条件（实验室、校内实训基地、校外实训基地）、师资条件（专职教师和兼职教师）、精品课程、编写的教材等。总结航空电子设备维修专业教学特色和优势。
5.学习方法指导
根据高职航空电子设备维修的特点给予学习方法的指导。高等职业教育与高中教育在很多方面都有不同，为了让学生更好地适应，学习方法指导包括如何安排时间、学习技巧、考试准备、学校图书馆利用等等。具体包括如何利用时间进行自主学习，如何利用QQ群和飞信与老师联系、沟通，如何利用精品课程和网络公开课进行学习等等，使他们能够顺利地完成学业。
《专业认知》教学中的一些思考
1.请进来，走出去
“请进来”，指请从事航空电子设备维修工作的能工巧匠和往届不同年级、不同职业发展阶段的优秀毕业生等，在进行讲座和交流前，要跟这些人员有个沟通，确定讲座的主题和范围，不能由来者任意发挥，以免言语不慎，将一些负面情绪带给学生，比如抱怨航空电子设备维修工作压力大，工作时间长等等，给新生带来一些负面影响。
“走出去”，指带新生走出校园，到航空电子设备维修相关企业去参观，了解工作的环境、工作的内容等。但要注意新生对企业感到好奇，避免不安全事件的发生，也不要影响企业的正常运作。
2.系统安排
《专业认知》课程并不是一个孤立的课程，它与校内实习、顶岗实习、就业是紧密相连在一起的，需要系统的安排。各有侧重，但是并不重复。
3.课程组的建立
《专业认知》课程的施行并不是一个老师可以承担的，它需要集合航空电子设备维修专业所有教师、辅导员、相关企业人员的参与，需要建立一个课程组，群策群力。好的开始是成功的一半。在新生刚入学时，上的《专业认知》课是否能够达到好的效果，跟整个课程组是分不开的。
4.有反馈
《专业认知》课程并不是灌输式教育，要学生被迫承认这个专业有多好，上这个专业多有前途。要允许学生在上课的过程有不同的想法，老师要做的是疏导，而不是置之不理。课程的内容和安排可以根据授课的实际情况和学生的反馈进行适时的调整。
结 语
航空电子设备维修《专业认知》课程，主要包括职业认知、职业成长、专业人才培养方案介绍、专业发展概况与教学资源、学习方法指导五大部分组成。旨在使航空电子设备维修学生在入学之初对专业有一个全方面的了解，使学生尽快适应大学生活，提高学习积极性，最终提高就业率。
参考文献：
[1]周宪，赵青.工业设计专业认知教育的研究与实践[J].科技与产业，2011，5：115-117.
[2]蔡笑，常婧莹.基于高职生专业认知教育的重要性及其起步最佳时机的再认识[J].职业时空，2009,10：43-44.
航电仿真器设计方案 篇5
关键词：航电网络,试验网络,仿真系统,环控系统,航电系统
1 项目背景
空气管理系统、风挡加热系统、旅客氧气系统等都与航电系统存在输入输出交联关系。空气管理系统控制器、风挡加热控制器需要接收通过航电网络发送来的信号作为系统运行的输入条件, 同时, 各系统需要通过航电网络向CAS、OMS、FDR或其它相关系统发送信号。在试验室进行试验时, 航电网络及相关系统的功能需要通过航电仿真器来实现。航电仿真器可以仿真飞机上其它系统与空气管理系统、风挡加热系统和氧气系统之间的交联信号、数据信息以及逻辑关系, 为空气管理系统、风挡加热控制器以及氧气系统提供正常工作所必需的输入激励, 并能够对上述系统的工作参数进行采集、传输、处理, 完成系统的状态显示及控制。航电仿真器试验件的接口特性和飞机上其它系统与空气管理系统、风挡加热系统、氧气系统之间的交联信号的电气特性与数据格式 (ARINC429总线、CAN总线、离散量、模拟量等) 保持一致, 具体交联架构图如图1所示。
2 航电仿真器信号需求
2.1 空气管理系统相关需求
1) 空气管理系统与其他系统通过航电网络交联的信号。空气管理系统控制器通过航电网络转发给其他系统的信号, 包括空气管理系统发送给发动机系统、APU系统、燃油惰化系统、客舱核心系统、舱门系统、主飞控系统、飞管系统、电源系统、水废水系统等。IASC接收的信号:其他系统通过航电网络传输给空气管理系统控制器的所有信号, 包括发动机、APU、防火系统、起落架系统、大气数据系统、结冰探测系统、客舱核心系统、舱门系统、控制面板、飞管系统、电源系统、显示系统等。2) 通风系统相关信号。空气管理系统中的通风系统的风扇、活门和冷却效果传感器与空气管理系统综合控制器IASC之间通过航电网络交换数据, 控制信号通过ARINC429总线将IASC发出的信号传送到航电系统的RDIU, RDIU进行转换后, 输出控制信号到风扇、活门;风扇、活门和冷却效果传感器的反馈信号先接入RDIU, 在RDIU中转换为ARINC429总线信号后再传送到IASC中。3) 空气管理系统与其他系统直接交联的信号。空气管理系统与其他系统直接交联的信号有起落架轮载信号、电源系统信号以及控制板信号。
3 航电仿真器设计方案
航电仿真器主要包括试验网络、仿真系统、输入 / 输出系统、数据监控 /记录系统、虚拟面板和虚拟航电显示系统几个方面。
3.1 试验网络
试验网络主要可被划分为控制网络和数据网络两部分。控制网络用于试验总控设备与各个试验设备间的控制指令和状态汇报的传输, 而数据网络则主要用于试验过程中各设备间的试验数据传输, 需满足实时性和带宽的要求。控制网络和数据网络分别采用CORBA和DDS两种中间件技术实现, 以保证试验系统的可靠性和可扩展性。另外, 还需要设计时钟同步网络, 使各类试验资源工作在同一时间轴上。
试验网络设计主要包括网络架构和硬件选型等方面。
3.2 仿真系统
主仿真系统中运行航电仿真模型和部分系统仿真模型, 所有的仿真模型均实时运行于主仿真系统中。航电系统仿真模型对航电系统的部分功能进行仿真模拟, 并通过试验网络将飞行参数共享给激励系统和视景系统等。仿真模型之间通过数据网络进行数据的共享和传递。仿真模型也可以通过数据网络与输入 / 输出接口资源进行双向数据收发, 以实现对环控系统真件的激励。
仿真系统设计主要包括仿真系统架构、系统组成、仿真模型等几个部分。
3.3 输入 / 输出系统
输入 /输出接口系统主要用于为航电分系统的仿真模型提供硬件接口资源, 实现与环控系统真件的互联。同时, 输入输出接口系统还兼具了数据静态收发测试功能, 能够从环控系统真件上采集接口数据, 或向环控系统真件发送激励数据。输入 / 输出接口通过商用货架产品实现, 采用工控机和接口板卡的形式, 并在实时操作系统上运行嵌入式的输入/ 输出资源管理软件, 完成数据收发, CAN、模拟量和离散量信号以及ARINC429信号的发送均采用这种形式。
上位机软件通过数据网络实现激励数据的发送或采集数据的监控。
输入 / 输出系统设计主要包括系统架构、系统组成、IO资源管理和操作、数据监控 /记录系统等几个部分。
3.4 虚拟面板和虚拟航电显示系统
虚拟面板和虚拟航电显示系统运行于PC平台, 采用图形化的模型对面板和航电显示等组件进行模拟, 替代真实控制面板和航电显示器, 以便开展其他分系统的试验工作。
虚拟面板和虚拟航电显示通过数据网络与仿真系统互联, 与航电系统的模型实现联合仿真, 通过航电画面显示飞行数据, 或将虚拟面板指令发送给相关设备模型。
航电仿真器需要仿真环控系统的控制面板和虚拟的航电显示界面, 这些虚拟面板和虚拟现实界面能够与航电仿真模型实现联合仿真。试验人员通过虚拟虚拟面板对环控系统和航电仿真器进行控制, 完成各类仿真试验。
虚拟面板和虚拟航电显示系统设计主要包括VAPS仿真平台、Lab VIEW仿真平台、控制面板仿真、虚拟航电显示系统等几个部分。
4 结束语
本文设计了一个具备航电网络及相关系统功能的航电仿真器, 该仿真器可以用于环控系统与航电系统交联试验。该仿真器的设计方案包括试验网络、仿真系统、输入 / 输出系统、数据监控 / 记录系统、虚拟面板和虚拟航电显示系统几个方面。
参考文献
[1]SAE AR P 4754A民用飞机与系统研制指南.
航电1394总线节点设计实现 篇6
1394总线主要由机载网络接口子卡连接组成,航电1394总线节点产品为主机使用1394网络通信服务提供软、硬件接口,完成主机设备与1394总线间的信息交互能力,实现对1394总线网络系统运行的集中管理、时统控制、网络结构维护和网络数据通信功能,满足任务系统对1394网络的需求。该节点采用标准化、通用化及软硬件协同的设计思路,由驱动软件和FPGA逻辑共同实现SAE AS5643协议要求的CC、RN、BM一体化功能,提供PCI和PCIE两种主机接口,支持S100B/S200B/S400B总线通信速率,并通过电气特性验证及可靠性与环境试验验证,满足高可靠性机载环境使用的需求。
本文从硬件、逻辑构架和软件三方面详细介绍了航电1394总线节点的设计与实现过程,并通过网络验证平台对节点功能、性能进行验证。
1 节点设计
航电1394总线节点作为接入总线系统中的通用1394通信模块,具备航电系统CC/RN/BM角色,实现1394总线网络的控制、数据传输等功能。其设计遵循航空电子通信系统的层次结构划分(见图1),实现了系统物理层、数据链路层、传输层和驱动层的功能,其中,物理层与数据链路层由硬件实现,传输层(AS5643协议)通过可编程逻辑实现,应用软件和驱动软件驻留在上位机中,应用软件与特定的子系统有关,通过调用驱动软件实现子系统功能要求。
1.1 硬件设计
航电1394总线节点硬件设计采用标准化、通用化及软硬件协同的设计思路,实现了CC/RN/BM功能统一设计,提供标准PCI及PCIE主机接口,具有1394总线AS5643协议解析、1394电气信号驱动和消息存储功能。其主要硬件结构设计如图2所示。
节点设计采用FPGA逻辑实现AS5643协议处理功能,完成应用系统与主机接口连接。其中1394接口信号经过变压器耦合方式输出,每个节点对外提供3个端口,端口符合IEEE 1394B规范要求,支持S100、S200和S400 3种传输速率;1394链路层功能和1394物理层功能分别由符合协议规范的接口集成电路实现;提供4路离散量输出信号和4路离散量输入信号,用于抢权控制和功能扩展;配置1片4 Mbit Flash存储器,用于存储总线配置表[1]。
各主要模块功能如下:
(1)主机接口电路模块:主机接口可以采用32 bit/33 MHz工作方式PCI接口;也可以提供兼容PCIe1.1的1x规格、高速2.5 Gb/s接口。采用主机提供的二级直流电源(+5 V),经过电压转换器件产生3.3 V、2.5 V、1.8 V、1.2 V、1 V等各种电压,满足不同功能电路使用。
(2)时钟电路模块:主要由FPGA时钟使用单端输出的30 MHz晶振提供,便于逻辑功能分区实现。1394物理层时钟按照协议规范,可选晶振或晶体提供49.152 MHz时钟信号输入。
(3)复位电路模块:复位电路可根据实际的复位时间要求进行选择,节点设计包含两个复位:复位一为确保FPGA逻辑加载在全局复位结束前完成,采用监控芯片实现电压控制和复位输出;复位二为满足单一复位时间要求,采用RC复位电路与施密特反相器配合消抖实现总线物理层接口复位。
1.2 逻辑设计
FPGA逻辑结构设计主要集成了主机接口模块和AS5643协议处理模块两部分,其功能框图如图3所示[2]。主机接口模块是主机与AS5643协议处理模块进行数据交互的接口,实现主机对AS5643协议处理模块所有资源的访问。
AS5643协议处理单元模块是FPGA逻辑设计的主要实现单元,该模块采用CC/RN/BM节点一体化设计,完成主机与链路层接口芯片之间的通信,实现了AS5643协议定义的总线同步、总线通信、总线系统容错等关键技术,支持S100B、S200B或S400B模式通信。
FPGA逻辑结构采用共享主机存储工作方式,具备DMA引擎,实现数据在FPGA双口与主机RAM之间的高速搬移;提供片内DPRAM存储配置表信息,最大支持收发各128条消息,根据总线配置表进行消息调度;消息负载长度可配置,S100B模式下支持最大512 B,S400B模式下最大2 KB。
1.3 软件设计
节点软件由应用软件和驱动软件组成。驱动软件主要完成主机端与1394节点之间的数据交互,是主机应用层与AS5643逻辑的中间层,提供API接口函数给上层应用调用,将应用层和硬件与逻辑之间的交互分开[3]。上层应用软件与特定的子系统有关,应用软件通过调用驱动软件实现节点功能。软件体系结构如图4所示。
驱动软件作为主机访问1394接口子卡硬件资源和数据收发的接口,主要实现1394B总线数据通信和网络管理,可提供对1394节点内程序的调度,对1394节点状态的报告等处理,由主机应用层软件进行调用。软件采用CC/RN/BM节点功能兼容设计,支持Vx Works、ACore OS、ACore OS653等多种操作系统环境。
驱动软件按功能模块分为设备管理模块、消息控制模块、网络管理模块、时统管理模块和中断处理模块等,如图5所示。
节点软件实现首先完成主机接口初始化,实现板卡资源的访问、状态及信息的控制与读取。其次上层应用软件通过调用驱动软件实现1394节点功能,包括按照系统需求设置节点角色、网络工作模式及加载系统配置表进行逻辑内部寄存器配置等来完成正常的网络管理及数据通信。即CC节点能够正确获取网络控制权,处理网络节点状态,发布网络时间,发送和接收异步流消息;RN节点能够发送上下网请求,获取网络时钟,发送和接收异步流消息[4]。软件流程如图6所示。
2 技术优势
与其他总线节点相比,该设计实现的总线节点主要技术优点如下:
(1)提出了PCI/PCIE接口复用设计电路,满足多种主机接口需求;
(2)产品功耗较低(不大于6 W),体积小(68 mm×68 mm),重量轻(不超过60 g),可靠性高,使得产品应用范围更广,满足机载及地面环境下的多重应用需求;
(3)针对机载总线传输高可靠要求,按照S100B、S200B、S400速率下的电气特性指标,完成1394接口物理层信号完整性分析、设计及验证,有效地提高了总线信号传输质量,保障了数据传输可靠性;
(4)实现按照预分配的偏移时刻定时发送的事件消息,实现Mil-1394总线网络管理、网络时统以及流数据传输的方法及电路;
(5)为提高产品的应用灵活性,在软件、逻辑、硬件设计中首次采用CC/RN/BM一体化设计;
(6)设计实现了一种支持总线多节点的总线配置表结构和加载方案,满足机载产品在线加载的应用要求;
(7)从总线系统、总线信号质量和线缆/连接器测试三方面构建总线验证系统,进行网络通信测试、产品电气特性测试以及线缆连接器测试。
3 测试及验证
航电1394总线节点测试主要针对板卡性能和功能进行测试,以保证该节点设计满足协议功能需求和高可靠性、实时性的性能要求。
验证环境由航电1394总线节点测试系统、1394航电仿真卡测试系统、连接线缆等组成,其中1394总线分析仪作为监控节点接入测试网络。图7为一个简易的验证环境连接图。
针对Mil-1394总线对总线信号质量的要求,进行了环境试验下的总线电气特性测试和可靠性试验等测试,保证其在恶劣复杂工作环境下的正常通信。该测试保证了总线信号传输质量,保障数据传输的可靠性。
功能测试通过搭建1394航电仿真卡与待测试子卡进行点对点测试,以及在验证环境中加入多个待测子卡,组成网络测试1394总线系统通信功能是否正常。主要测试待测子卡是否满足AS5643协议的需求,包括STOF包发送/接收、总线网络管理、时统管理、异步流消息的发送/接收、总线配置表文件加载、总线故障注入等。经验证,1394总线节点能够实现航电系统1394总线节点功能,并且通过1394总线协议分析仪监控结果分析得知功能正常。
4 结论
本文就航电1394总线节点的设计及实现技术进行研究,从硬件架构、逻辑设计及软件实现等方面进行了分析。经1394总线验证平台实测,结果表明该航电1394总线节点实时性强、准确性高、性能稳定,并通过国军标软件工程化标准测试,可为各类机载安全关键和任务关键子系统提供高可靠、高确定、高带宽的系统级总线接口,并为相关产品开发提供设计思路和实践经验。
摘要：机载总线节点接口模块作为系统总线网络的接入节点,其功能性能的完备性、可靠性对于总线网络系统的构建有着至关重要的作用。1394总线作为新一代飞机航空电子系统的网络传输总线,其节点模块设计的重要性不言而喻,以1394总线协议为依据,结合总线系统的需求背景,设计了一种航电1394总线节点接口模块。该模块基于标准化、通用化的设计思想,提取用户共性需求,结合1394总线协议层次结构,确定最终的产品架构。总线节点功能设计中采用CC/RN/BM一体化设计,提供PCI/PCIE主机接口,支持S100B/S200B/S400B可配置总线通信速率,设计灵活,为用户提供标准软硬件接口,有效降低了设计、维护成本。
关键词：1394总线,AS5643协议,航电1394总线节点
参考文献
[1]张大朴,王晓,张大力,等.IEEE1394协议及接口设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[2]赵彬,田泽,杨峰,等.基于AS5643协议的接口模块设计与实现[J].计算机技术与发展,2013,23(8):100-102.
[3]冯莎,卢选民,王兴亮.一种基于SAE AS5643总线协议的驱动程序设计[J].测控技术,2013,31(10):98-100.
航电全数字仿真平台技术研究 篇7
航电全数字仿真在航电系统性能的确认及验证 (V&V) 流程中有着重要的作用, 在航电设计的早期阶段, 通过模型及仿真的方式进行系统可行性分析、验证, 有助于进行早期评估以优化所有资源的使用, 能在短时间内检验构型变化, 从而减少开发时间。
本文所研究的航电全数字仿真平台主要包括主仿真系统和上位机仿真监控软件、建模相关软件等。在数字仿真阶段, 模型之间通过反射内存网或以太网交换数据, 各仿真节点可自由配置航电模型。考虑后续向半物理仿真测试的要求, 主仿真系统要具备高度可复用性, 预留与前端设备的数据接口, 并且在不修改已开发的仿真模型基础上, 顺利实现全数字仿真向半物理仿真的过渡。上位机软件提供程控开关, 实现模型和配线的同时切换, 便于真实设备接入仿真网络。
1 系统整体网络拓扑结构
航电全数字仿真系统采用上下位机结构形式。上位机主要运行仿真建模及仿真试验的应用软件, 如Rhapsody、实时仿真过程的监控软件、数据模型管理平台等。上位机采用普通PC机, Windows操作系统。下位机采用工业控制计算机, PCI总线形式。在实时内核的调度下运行多任务的航电系统的仿真模型, 通过反射内存网或以太网模拟各分系统间的数据链路, 并响应上位机的命令, 实现数据上传与下载。仿真监控计算机与实时仿真节点通过以太网进行连接, 它们之间的通讯是通过TCP/IP协议, 仿真监控计算机与实时仿真节点通过以太网主要是传输监控软件发给实时节点的指令;实时仿真节点之间的数据通讯是通过反射内存网或以太网, 模拟航电系统各模块间的数据通讯, 仿真监控计算机对反射内存网上传输的数据进行监控。航电全数字仿真平台网络拓扑结构见图1。
2 系统工作流程图
航电全数字仿真平台的工作流程图如图2所示。数据模型管理平台导入系统ICD数据, 设计仿真网络和硬件信息, 导出Rhapsody模型的ICD数据和打包、解包算法。Rhapsody设计航电系统的状态图, 进行全数字仿真。在数据模型管理平台描述航电系统数据的实际物理形式。最后导出航电系统的实时仿真Rhapsody模型。实时模型与全数字模型融合生成, 最终的实时仿真模型。通过Rhapsody将导出Rhapsody模型编译为可执行仿真程序。监控软件下载实时仿真模型, 并且监控运在嵌入式系统的实时模型的变量。同时监控软件可以将实时仿真的模型的数据保存到本地数据库中, 仿真结束后可以解析回放记录的数据。
3 实时系统设计
实时操作系统Vx Works开发是整个航电全数字仿真平台的基础和核心。Vx Works镜像的制作和Vx Works应用程序的开发是下位机实时系统的主要工作。
3.1 Vx Works镜像制作
Vx Works镜像成生可以通过Tornado建立一个bootable工程, 并对Vx Works的内核进行裁减, 裁剪过程如图3所示。裁剪结束后需要对rom Init.s、rom Start.c、sys Alib.s、sys Lib.c等文件进行修改, 满足场景要求。
3.2 Vx Works应用程序的开发
Vx Works应用程序开发包括检测下位机PCI设备、下位机IP地址配置、PCI板卡驱动程序设计等, 本文以PCI板卡驱动程序设计为例说明开发过程。在Vx Works中以太网、串行设备的驱动开发与普通的PCI板卡的开发有很大的不同, 具体的开发过程如图4所示。
4 结束语
本文研究了航电全数字仿真平台的软硬件实现, 并利用研究成果搭建了航电系统全数字仿真平台, 该全数字仿真平台可以用于航电系统设计早期对航电系统的需求进行确认, 以期在航电系统设计早期尽早对系统的可用性和完整性进行测试, 减少开发时间, 符合确认及验证 (V&V) 流程。
摘要：航电全数字仿真在航电系统性能的确认及验证 (V&V) 流程中有着重要的作用, 有助于进行早期评估以优化所有资源的使用, 减少开发时间。研究了航电全数字仿真平台的软硬件实现, 并利用研究成果搭建了航电系统全数字仿真平台, 该平台可用于对航电系统需求进行确认。
关键词：全数字仿真,航电系统,需求确认
参考文献
[1]余修端, 孙秀霞, 秦硕.全数字通用飞行仿真平台的设计与实现[J].计算机工程, 2008, 34 (17) :263-265.
[2]敖情波, 杨志勇, 杜明鲜, 等.一种通用的仿真平台的设计[J].中国集成电路, 2009.11 (126) :45-50.
[3]郭晓燕, 汪亚杰.航电全数字仿真技术研究[J].科技创新导报, 2011, 30.
[4]王金波.基于故障注入的嵌入式软件安全性测试框架及实现[J].计算机应用研究, 2012, 29 (8) :2994-2295.
改进的航电网络模型仿真与分析 篇8
光纤通道(Fiber Channel,FC)[1]是美国国家标准委员会于1988年开始制定的高速串行传输协议,采用通道技术控制信号传输,信道的传输速率极高,误码率很低,适用于网络负载较重的应用。光纤通道在航电系统中的应用也越来越多,如在F/A-18、长弓阿帕奇直升机都得到了应用,以光纤通道来代替现在航空电子的主网络1553,构建新一代航空电子网络已经成为航电系统的优先选择。
目前关于航电网络性能分析的文献主要分为理论分析和网络仿真。其中理论分析主要解决网络最大延迟分析的问题,旨在从理论上论证特定网络配置和调度算法等是否可以满足实时数据传输的要求。尽管理论分析可提供对延迟的上限分析,但仍有一定的局限性,为了保障航电网络的高度可靠性,通常仍需使用网络仿真进行进一步验证。本文即以FC航电网络新调度算法及其仿真技术为研究内容,开展相关研究工作。
文献[2]分析了光纤通道交换机的分组调度策略,对加权循环调度[3](Weighted Round Robin,WRR)算法实时性能进行了理论分析并通过仿真进行了验证,由于WRR是以包为单位的,因此存在变长分组引起的不公平现象;文献[4]对FC网络不同拓扑结构的实时性进行了测试;文献[5]建立了基于FC的交换式网络和仲裁环网络,并且进行了延迟和吞吐量的分析,文中交换机的调度采用先来先服务的方法,但是网络中各个节点的数据流需要的带宽不同,采用先来先服务在一定情况下不能完全满足时延的要求。基于上述文献,本文在OPNET中建立基于FC的航电网络模型,使用差值轮询调度[6](Deficit Round Robin,DRR)算法作为交换机的调度算法,分析了网络的实时性和吞吐量。
1基于FC的航电网络模型
目前航电系统的问题是通信范围的限制导致出现了复杂不可变规模和高成本的结构。解决方法是使用标准的、高带宽、串行互连技术,即可变规模光纤实时互连。图1是用光纤通道实现的可变规模实时互连的一个方案[7],该方案简化了总线互联,具有较高的带宽。
针对航电网络的高带宽、高可靠性、低延迟等特点,采用光纤通道建立完整的航电网络。航电网路系统由雷达、传感器、大气机、数据处理器、显示器等终端节点和光纤交换机组成,网络拓扑结构和数据流向相对固定。终端节点的功能可简化为生成FC数据包并发送到交换机,接收交换机转发过来的数据包并进行处理,交换机负责对数据包进行高效的转发。
2 航电网络交换机的调度算法
调度算法性能主要通过延时、公平性、算法复杂度、吞吐量以及带宽利用率来衡量。现存的调度算法主要分为2大类:分类优先级调度和基于帧的调度。分类优先级调度也称为类GPS(Generalized Processor Sharing)调度[8],该算法维持一个虚拟时间的全局变量,每个分组的优先级根据全局变量计算的时间戳区分,按照时间戳递增顺序被调度。这类算法能提供较好的公平性和较低的时延,但计算虚拟时间使算法复杂度高。基于帧的调度算法主要是轮询式,调度器以轮询的顺序为所有非空队列服务。在每次服务中,业务流按照预分配的带宽接受服务,既不需要维持全局变量,也不要求根据变量来选择被服务的分组,算法复杂度低。根据不同的分配带宽原则有DRR算法和WRR算法等几种算法。
在上述几种调度算法中,DRR算法复杂度低,具有较小的延迟并且有确定的延迟上界。在DRR调度器中,每个服务队列都有一个量子值和差额计数器,量子值为每一个轮询周期队列获得服务的平均比特数,比特数越大,得到的带宽也越大。差额计数器是调度器还需为该队列服务的比特数,调度器根据量子值和差额计数器为各个端口服务。对于航电系统中的非周期性数据,也可以转变为周期性数据,所以本文在交换机内部使用DRR算法。
端口队列调度模型如图2所示,假设整个网络中共有N个数据流,输出端的处理能力是C,第i个数据流的差额值是Di,量子值是Qi,定义
是一个轮询中所有队列要传输的总的数据量,Di ,Qi和F的单位都是比特。系统初始化时,已经为每个队列分配了一个量子值Qi,差额计数器Di初始化为Qi。调度器检查第i个输入队列,如果对应端口队列的Di大于零,相应的队列就获得服务。分组获得服务后,Di将减去该分组的字节数,直到Di等于零或者Di的值小于队列头的第一个分组的大小,此时队列不获得服务。调度器为下一个队列服务,当所有队列都被服务过一次后,此次轮询周期结束。下一个轮询周期开始时,所有Di重新初始化为上次剩余的差额值加上量子值。
设θi是第i条数据流的延迟上界,在文献[9]中已经证明使用DRR算法的延迟上界是:
由式(2)可以得出,对于不同的数据流具有不同的延迟,但是各个数据流都有确定的延迟上界,量子值小的数据拥有较大的最大延迟。
3 使用OPNET仿真航电网络
通过仿真可以获得端到端延迟,系统吞吐量,链路利用率等性能参数,对这些参数的分析可以评价该网络是否能满足航电环境的要求。本文使用OPNET仿真工具仿真基于FC的航电网络,并对航电网络的性能进行评价。航电网络中的节点主要分为交换机节点和终端节点。
3.1 终端模型
在OPNET中终端节点负责数据生成、发送数据、接收数据、销毁数据、数据的统计,在OPNET中终端节点的模型如图3所示。在该模型中,src根据某种分布生成数据包,是数据的生成端; proc的进程模型如图4所示,该模块负责将src模块产生的数据按一定规格编码,由xmt模块发送,同时分析统计从rcv模块接收到得数据并进行相应的处理;rcv和xmt分别是收信机和发送机;q_rcv和q_xmt是输入输出队列。
3.2 交换机模型
交换机的模型如图5所示,交换机采用组合输入交叉排队(Combined Input-Crosspoint Queueing,CICQ)结构,在输入端使用虚拟输出队列(Virtual OutPut Queuing,VOQ),可有效解决排头阻塞问题,同时在交叉点设置缓存,使端口的输入调度和输出调度分开,有效提高了交换机的性能。本文实现了四端口的交换机,图中p_in_i(i=0,1,2,3)负责根据接收到的数据包的地址信息,把数据包插入相应虚拟输出队列中去;p_proc_i(i=0,1,2,3)按照DRR算法把虚拟输出队列中的数据包发送到输入与输出端口交叉节点的缓存中,实现端口的输入调度;q_i_j(i,j=0,1,2,3)模拟交叉节点的缓存;p_out_i(i=0,1,2,3)按照DRR算法对队列q_0_i,q_1_i,q_2_i,q_3_i(i=0,1,2,3)进行调度,实现端口的输出调度。
在上述交换机模型中,p_proc_i,p_out_i (i=0,1,2,3)分别在端口的输入端和输出端实现DRR算法,它们的进程模型如图6所示。例如对于端口i的输入端,初始化时为各个虚拟输出队列分配量子值,差额计数器初始化为量子值。然后进入idle状态,p_proc_i首先为第一个虚拟输出队列服务,进入状态sch_queue_0。当为第一个虚拟输出队列服务完后,先回到idle状态,然后为第二个虚拟输出队列服务,进入sch_queue_1,直到所有虚拟输出队列都获得服务。Idle还负责一个轮询周期在什么时候结束以及更新差额计数器的值。端口输出端的调度与输入端类似,在此就不再详细介绍。
3.3 链路模型
链路模型的传输速率设定为2 Gb/s。
3.4 帧模型
FC交换型网络的帧模型按照FC的标准分为数据帧,确认信号ACK和准备好信号R_RDY。
4 仿真分析
4.1 仿真模型的建立
在OPNET Modeler中,通过已建立的终端节点模型、交换机模型、链路模型和数据帧模型,就可以根据网络的拓扑结构在OPNET工程编辑器中以适当的方式放置这些节点模型,从而将整个仿真网络系统映射为OPNET网络模型。使用OPNET建立的网络模型如图7所示,网络中一共4个终端和一个交换机节点。本文使用FC协议中的2类服务,2类服务提供面向无连接有确认的传输服务,用于多路传输,采用缓存到缓存和端到端的流量控制。
4.2 仿真实验与结果分析
4.2.1 传输时延实验与分析
航电网络对数据包的传输时延要求较高,不同的数据流对时延的要求也不同,不同数据流的延迟相互也会影响。下面通过仿真实验,测试数据包的端到端延迟,分析各条数据流的延迟。实验中链路速率设置为2 Gb/s,网络的数据流如表1所示。
按照表1设置各个终端节点,运行仿真,仿真结果如图8,图9所示。
图8中的五条曲线表示五个数据流的端到端延迟,从图8中可以看出,各个数据流都具有延迟上界,数据流S1,S2,S3,S4,S5的最大延迟分别是35.3 ms,38 ms,36.4 ms,37.5 ms,36.8 ms都小于允许的最大延迟50 ms。各条数据流的最大延迟与最小延迟相差不到4 ms,延迟时间相对比较稳定。说明DRR算法在某种程度上可以满足航电网络的实时性要求。图9是使用DRR算法的延迟与使用先来先服务的延迟比较,结果表明在交换机内部使用DRR算法可以有效降低端到端的延迟,满足一定的实时性,提高网络的性能。
4.2.2 吞吐量实验与分析
网络吞吐量是航空电子网络的重要性能指标,网络吞吐量定义为单位时间内成功传送的有效数据量,通常使用归一化网络吞吐量,它定义为单位时间内成功传送的有效数据流与网络数据容量之比,简称吞吐量。为了验证使用DRR算法后系统的吞吐量,实验仍然使用上面提到的5条数据流,不同的数据流S2的发送周期随仿真时间而线性减小,到达一个固定值后不再减小,仿真结果如图10所示。
从图10中可以看到,使用DRR算法后,系统的吞吐量可以达到80%左右,而使用先来先服务的方法系统的吞吐量只有60%多。实验表明,交换机使用DRR算法后可以有效提高系统的吞吐量。
5 结束语
光纤通道作为一种新型的总线结构,将广泛用于航电网络的互连,本文针对光纤通道在航电网络的应用,将复杂的网络结构简化,在CICQ结构交换机的输入端和输出端使用DRR算法,然后在OPNET中建立航电网络模型。通过仿真验证,该算法具有更小的端到端延迟,并且有确定的延迟上界,能够满足一定的实时性,提高了系统的吞吐量,为未来使用FC进行航电系统互连提供一种设计和评价方法。
摘要：研究了光纤通道技术的应用,使用OPNET建立了基于光纤通道的航电网络,并且按照协议标准建立了终端节点和交换机节点的有限状态机模型。交换机使用组合输入交叉排队(Combined Input-Crosspoint Queueing,CICQ)结构,在输入端口和输出端口使用差值轮询调度(Deficit Round Robin,DRR)算法,然后使用OPNET进行仿真,分析了网络的端到端延迟和吞吐量。结果显示在航电网络中,使用DRR调度算法,能够显著降低数据包的端到端延迟,满足一定的实时性,提高网络的吞吐量,表明此模型适合航电网络。
关键词：航电网络,DRR,OPNET,延迟,归一化吞吐量
参考文献
[1]宋少峰.光纤通道在航空计算领域的研究和应用.西安.西北工业大学硕士论文,2007
[2]林强,熊华钢,张其善.光纤通道交换机在强实时约束下的分组调度.计算机学报,2006;29(4):570—575
[3] Katavenis M,Sidiropoulos S,Courcoubetis C.Weighted round-robincell multiplexing in a general-purpose ATM switch chip.IEEE Jour-nal on Selected Areas in Communication(S0733-8716),1991;9(8):1265—1279
[4]郭蔡健,熊华钢,徐亚军.航空电子FC不同拓扑结构和服务类的实时性测试.计算机工程与应用,2009;45(31):60—62
[5]周天然,宋丽茹,熊华钢,等.航空电子环境下FC网络的建模与仿真.北京航空航天大学学报,2008;34(10):1117—1120
[6] Shreedhar M,Varghese G.Efficient fair queuing using deficit roundrobin.IEEE/ACM Transactions on Networking(S1063-6692),1996;4(3):375—385
[7]支超有.机载数据总线技术及其应用.北京:国防工业出版社,2009:427—428
[8] Parekh A K,Gallagher R G.Generalized processor sharing approachto flow control in integrated services network:the single-node case.IEEE/ACM Transactions on Networking(S1063-6692),1993;1(3):344—357
航电设备 篇9
西锐飞机的远景系统配置较多, 该文主要讲述的远景系统是飞机序列号在2016以后的, 包括两个GDU (液晶显示器) , 两个GIA 63W (集成航空电子组件) , 一个GDC74A (大气数据计算机) , 一个GRS 77 (航向姿态基准系统) , 一个GMU 44 (地磁传感器) , 一个GEA 71 (发动机机身组件) , 一个GMA 347 (音频控制板) , 一个GTX 33 (应答机) , 一个GTP 59 (大气温度传感器) , 一个GCU 478 (遥控组件) , 一个GDL 90 (数据链接组件) 。
两个GDU左座称为PFD (主飞行显示器) , 右座称为MFD (多功能飞行显示器) , 通过高速以太总线分别与对应的GIA (左边为GIA1, 右边为GIA2) , 并且GDU之间也通过高速以太总线连接。两个GIA可以说是远景系统的核心部件, 集甚高频导航、通讯、GPS功能于一身, 通过内部处理器将计算出的结果送往GDU显示。GDU和GIA之间的这种连接方式为远景系统提供了余度, 当一个GDU和一个GIA失效时, 驾驶员仍能通过另一部GDU和GIA进行通信, 接收导航信息。
GRS 77, GDC 74A和GMU 44为系统提供飞行仪表数据, 包括飞机姿态、航向、高度、空速、升降速和大气温度信息, 所有这些信息显示在PFD上 (在备用模式相同的信息会显示在MFD上) 。从GRS 77和GDC74A输出的数据通过ARINC 429总线直接送往PFD显示, 额外还有通信路径连接GRS77和GDC 74A到GIA组件, 为系统提供了四冗余。
GRS 77从两个GIA接收GPS数据, 从GDC 74A接收空速信息, 从GMU 44接收磁航向信息, 使用这三个外部数据源, 结合内部传感器数据, GRS 77准确地计算出飞机的姿态和航向。
GEA 71是一个基于输入/输出系统的微处理器, 用于监视传感器输入并驱动飞机机身和发动机系统警告。传感器包括发动机温度和压力以及燃油的测量和压力。GEA直接使用RS-485数字接口与两个GIA63W进行通信。软件和构型设置操作则通过与GIA连接的RS-232数字接口被接收。
GMA 347提供从GIA 63W集成航电组件接收到的预警和警告音频, 并为驾驶员提供控制通信系统的部件。GMA 347使用RS-232数字接口与两个GIA 63W通信。软件和构型设置操作则通过与GIA连接的RS-232数字接口被接收。
2 远景系统故障分析
远景系统像一台计算机一样, 有着各种硬件, 驱动程序使得计算机能识别这些硬件, 从而完成各种功能。因此远景系统的排故工作也遵循由简入繁, 由外而内, 先直观后微观的原则。
2.1 NAV1和COM1故障
NAV1和COM1故障说明GIA1出现问题, 首先可选择对调两部G I A, 并重新构型, 如果问题跟随G IA1, 则更换该件。其次, 完成GIA1到PFD线路插头的针脚检查, 确认没有短路或断路。若故障仍未排除, 则更换PFD。NAV2和COM2故障也遵循此排故原则。
2.2 GRS77故障
该故障表现为罗盘和姿态指示红叉。首先确认驾驶舱没有蜂窝电话或使用蜂窝电话技术的设备打开 (即使在监视状态) 。第二步, 检查P FD警告窗口有无关于P FD、MFD或GRS构型、软件或路径失效的错误信息, 在继续排故前纠正存在的任何错误。第三步, 当飞机静止停飞, 姿态失效, 需要检查以下内容:飞机是否稳定, GPS是否可用, 飞机运动 (摇摆机翼或移动尾部) 可导致姿态和航向故障;检查GPS是否已经接收到至少四颗卫星信号。第四步, 检查飞机周围的金属物体 (工具箱、电源车、附近大型钢结构等) 可能干扰GMU 44。第五步, 重启GRS 77使设备重新初始化。第六步, 检查GR S 77插头的可靠性和松紧度, 并确认GRS 77牢固的安装在安装架上, 且安装架不松动 (注意不要让安装架与机身发生相对位移, 否则须重新校准水平和俯仰/横滚) 。第七步, 执行发动机试车测试, 以检查是否由于发动机振动导致GRS 77掉线。第八步, 更换GRS 77。如果以上步骤都完成故障依旧, 则更换GRS 77的构型模块 (在GRS 77后部插头中) 。
2.3 GDC 74A故障
GDC 74A故障表现为空速、高度和升降速度显示红叉。第一步, 检查PFD警告窗口有无关于PFD、MFD或GDC 74A构型、软件或路径失效的错误信息, 在继续排故前纠正存在的任何错误。第二步, 通过检查MFD AUX-System Status页面, 确认GDC74A处于在线状态:如果GDC 74A不在线, 检查线路插头和GDC 74A电源;如果电源、线路插头都没问题, 则更换GDC 74A。第三步, 检查GDC 74A皮托管/静压孔和管路有无堵塞。第四步, 更换GDC 74A构型模块 (在GDC 74A后部插头中) 。第五步, 如果有TAS (真空速) 故障, 则更换GTP 59。
2.4 GEA 71故障
GEA 71故障主要表现发动机参数指示红叉。第一步, 检查PFD警告窗口有无关于GIA1/2H或GEA 71构型、软件或路径失效的错误信息, 在继续排故前纠正存在的任何错误。第二步, 在PFD构型页面 (开机前按压“ENT”键5秒以上) , 转到GEA 71状态子页面, 确认GEA 71内部电源、构型和校准状态框为绿色对号。第三步, 在Main Analog和I/O Analog页面列出的GEA 71内部、外部和参考电压没有冲突 (这里不包括飞机电源1和2) , 如有任何电压冲突, 则更换GEA 71。第四步, 检查MFD AUX-System Status页面GEA 71是否在线, 如果不在线, 需确认GEA 71是否接收到电源。第五步, 更换GEA 71。第六步, 检查GIA/GEA连接线路和插头针脚。
摘要：西锐飞机远景航空电子设备系统 (以下简称远景系统) , 是Garmin公司专门为西锐20、22、22T飞机设计的电子设备系统, 整个系统全部采用Garmin公司生产的电子设备, 各设备之间的以太总线连接, 提高了系统的稳定性和可靠性。该文就远景系统作了简单介绍, 并针对使用维护中出现的故障进行分析。
关键词：西锐飞机,远景系统,GDU,GIA,GRS
参考文献