基于大型飞机的综合处理机综合验证系统研究

杨 涛 杨军祥 王纯委 刘 宇

（中国航空计算技术研究所，陕西 西安 710065）

基于大型飞机的综合处理机综合验证系统研究

杨 涛 杨军祥 王纯委 刘 宇

（中国航空计算技术研究所，陕西 西安 710065）

综合处理机综合验证系统为综合处理机的综合测试和演示验证提供支持平台，文章介绍了基于大型飞机的综合处理机综合验证系统的实现。综合处理机作为航电系统的核心，在航电系统综合前对其先进行充分的综合测试验证，这将为航电系统的综合打下坚实的基础。

综合验证；模拟座舱；故障注入

综合处理机综合验证系统，是进行综合处理机综合仿真、测试验证的必备环境。大飞机航空电子系统的综合化，不仅带来综合处理机设计技术的全面提升，也带来了研制流程的变化。在研制流程上，大飞机综合处理机强调子系统验证和系统模拟仿真验证的过程。综合处理机系统综合验证通过在设计之初各子系统提出的对处理资源需求、处理流程、通信需求、实时性需求、容错需求等内容（但不关注具体的算法、数据、内容），先行进行模拟仿真测试，从而降低后期航电系统设计和任务综合的风险。

1 综合处理机介绍

综合处理机作为大型飞机航电系统的综合信息处理平台，具有：工作模式控制与资源管理，信息处理及数据计算，大容量数据存储、记录，AFDX网络通信及网络管理，健康监控及中央维护等基本功能。

2 综合验证系统功能

根据综合处理机功能，综合验证系统包含下述功能：

（1）IPC外部测试激励信号及IPC接口输出检测功能；

（2）航电子系统数据仿真功能，提供IPC综合测试所需的各子系统数据；

（3）航电传感器模拟功能，为IPC综合测试提供传感器仿真数据；

（4）综合显示控制功能，提供显示处理仿真设备及显示模拟器，用于系统综合测试过程中典型应用测试画面显示及显示控制；

（5）综合测试控制及显示功能，实现IPC的自动化综合验证及测试过程、测试构型及数据流的显示；

（6）数据加卸载过程测试功能，包括ARINC615A加卸载过程测试及 ARINC615数据加卸载过程测试，提供ARINC615A数据加载器，用于系统数据加卸载过程测试；

（7）综合故障注入功能，包括软件故障注入和硬件故障注入；

（8）系统维护调试功能，用于系统集成过程中软件调试及加载；

（9）军用任务加卸载过程测试功能；

（10）AFDX网络配置及通信功能测试；

（11）网络时钟同步测试功能；

（12）网络管理测试功能；

（13）余度供电、PSM管理过程测试功能；

（14）数据捕获过程测试功能，包括捕获数据监控、记录及卸载功能测试及数据符合性验证；

（15）系统故障管理过程测试功能；

（16）飞行管理应用测试功能，模拟飞机飞行各阶段；

（17）中央维护应用测试功能；

（18）IPC状态监控与显示，实时监测并动态显示各CPM模块、MMM模块运行状态。

3 综合验证系统简介

综合处理机综合验证系统系统构型图如图 1所示。综合处理机综合验证系统布局结构示意图如图3所示。

航电子系统仿真器，包括显示处理单元（DPU）仿真器、远程数据集中器（RDC）仿真器、无线电接口单元（RIU）仿真器、机电管理计算机（EMP）仿真器、主飞控计算机（PFC）仿真器、任务管理计算机（MMC）仿真器。航电子系统仿真器分别与两台综合处理机中的交换机交联，用来仿真与综合处理机交联的机载设备的数据流接口，为综合处理机综合验证提供仿真数据。

航电传感器模拟器，包括惯导（INS）模拟器、大气机（ADC）模拟器、自动飞行（AFCC）模拟器、发参采集器模拟器、机载防撞设备模拟器、近地告警设备模拟器、气象雷达模拟器、视景增强设备模拟器。航电传感器模拟器通过RDC仿真器将飞机传感器的主要数据传输给综合处理机，支持综合处理机的综合测试、演示功能的实现。

飞行环境仿真器以飞行方程为核心，模拟飞机的起飞、爬升、巡航、下降和着陆等飞行过程，同时，模拟飞机的自身和外部环境，向航电传感器提供激励数据，采集座舱操纵机构信息，形成人在回路的飞行仿真，支持综合处理机的综合演示功能。

模拟座舱由五台大屏幕液晶显示器、驾驶杆（游戏杆）、油门杆（游戏杆）组成，显示飞机的飞行信息和飞行操控。

综合验证系统操控设备是综合处理机综合验证系统的核心，完成系统调度与管理、测试用例的执行、AFDX/429数据加载、AFDX数据采集、仿真器控制、总线监控等功能。

故障注入设备模拟产生并注入系统故障，故障注入方式包括硬件直接注入和软件注入两种。

综合显示设备用来显示验证环境的构型信息、仿真数据、测试过程信息、测试状态信息等，是航电传感器模拟器、航电子系统仿真器和操控设备的显示终端。

供电设备和通风设备支持综合处理机的正常运行。

航电传感器模拟器通过以太网与RDC仿真器、飞行环境仿真器连接，飞行环境仿真器向航电传感器模拟器输出飞行环境激励信息，航电传感器模拟器根据飞行环境激励信息产生传感器数据，通过以太网传输给RDC仿真器，RDC仿真器将这些数据信息转化为AFDX格式数据，传输给航电子系统仿真器和综合处理机，形成综合处理机外围仿真环境，支持综合处理机的综合测试和综合演示功能。

航电子系统仿真器通过AFDX网络与综合处理机中的交换机模块连接，为综合处理机综合验证提供仿真数据，同时，航电子系统仿真器通过以太网与综合验证系统操控设备连接，接收综合验证系统操控设备的控制指令，完成演示程序与测试程序之间的切换，实现综合处理机的综合演示功能和对综合处理机的自动化测试功能。DPU仿真器通过DVI总线与模拟座舱交联，将飞行参数显示信息传输给大屏幕液晶显示器进行显示。

综合显示设备与航电传感器模拟器、航电子系统仿真器和综合验证系统操控设备交联，通过视频切换器，切换显示各部分的参数、状态、过程信息。

图1　综合处理机综合验证系统构型图

综合验证系统操控设备通过AFDX、RS232、离散量等总线与IPC交联、通过以太网与航电子系统仿真器交联、通过DVI与综合显示设备交联，完成IPC的自动化测试、仿真器的状态切换、状态和过程信息的显示。

4 综合验证系统的功能与组成

4.1航电子系统仿真器

4.1.1DPU仿真器

（1）DPU仿真器通过接收FMS、CMS、大气、惯导及无线电等数据并处理，进行显示画面生成和重构，驱动显示器综合显示下述主要信息：

（2）飞机飞行信息，包括姿态、速度、高度、航向等主要飞行信息等；

（3）飞机导航信息；

（4）系统维护信息及操作控制等。

4.1.2RDC接口仿真器

（1）动态接收传感器模拟器发送的飞行数据，并将其转换成总线数据，将总线数据发送给IPC；

（2）对 615加载数据进行协议转换，包括加载数据的AFDX转429和响应数据的429转AFDX；

（3）接收综合验证操控设备下发的控制指令。

4.1.3RIU接口仿真器

（1）动态接收飞行环境发送的组合导航、塔康、罗盘等无线电通信导航数据，并将其转换成总线数据, 并将总线数据发送给IPC；

（2）接收综合验证操控设备下发的控制指令。RIU接口仿真器通过商用以太网交换机与综合验证操控设备连接，接收综合验证操控设备下发的控制指令。

4.1.4MMC接口仿真器

（1）提供任务系统与总线网络的交互数据仿真，采用静态数据仿真；

（2）接收综合验证操控设备下发的控制指令。

4.1.5EMP接口仿真器

（1）提供供电、燃油、液压、舱门、环控、防冰、起落架、防火、接触器等飞机系统的相关数据接口仿真，采用静态数据；

（2）接收综合验证操控设备下发的控制指令。

4.1.6PFC接口仿真器

（1）提供飞控系统相关的数据模拟，采用静态数据；（2）接收综合验证操控设备下发的控制指令。

4.2航电传感器模拟器

（1）动态接收飞行环境发送的惯导、大气、自动飞行、发参、机载防撞、近地告警等相关飞行数据；

（2）模拟惯导/卫星组合导航设备、模拟大气数据设备、自动飞行系统、发参采集设备、机载防撞设备、近地告警设备、气象雷达、视景增强设备的接口数据发送；

（3）模拟ARINC615被加载端，实现对615加载数据的接收和指令响应。

4.3综合验证操控设备

（1）实现验证测试过程的自动控制与管理，并运行测试用例；

（2）仿真RTC；

（3）仿真网络通信测试数据流；

（4）测试用例测试判据、测试结果管理；

（5）监控AFDX数据流，支持测试用例的运行；

（6）提供615A加载器功能；

（7）提供615加载器功能；

（8）仿真器显示界面的切换等。

4.4故障注入设备

（1）通过 AFDX板卡模拟错误帧的发送，实现软件故障注入功能；

（2）采集2个IPC的离散量状态，模拟IPC外部离散量输入，并模拟2个IPC的模块复位信号，支持硬件故障注入功能；

（3）通过RS232接口获取4个交换机的端口连接状态、错误帧计数，监控网络的在线信息，软硬件版本信息等，实现IPC工作状态显示，并实时刷新。

4.5飞行环境模拟器

对飞机飞行模拟，提供逼真的飞机飞行仿真运动参数，向综合航电有关的分系统提供所需的环境参数。

4.6模拟座舱

模拟飞机驾驶舱，见图2，用于DPU仿真器驱动的大屏幕显示器、任务加卸载卡座及飞行操纵手柄的安装，支持测试人员进行典型用例测试。包括简易模拟座舱，15寸液晶显示器5个，3、4号显示器为触屏。

图2　模拟座舱

图3　综合处理机综合验证系统布局结构示意图

5 结束语

基于大型飞机的综合处理机综合验证系统，作为与子系统开发验证同步的综合处理机整机验证过程，分别从处理机和子系统两个角度对综合处理机进行验证，使得设计缺陷或错误能够被尽早发现，为主机所进行航电系统综合打下了坚实的基础。

[1] 郑军,胡军,柯昌博,等.综合模块化航电软件系统测试方法研究综述[J].计算机应用与软件,2012,(5):163-168.

[2] 霍曼,邓中卫.国外军用飞机航空电子系统发展趋势[J].航空电子技术,2004,35(4):5-6.

[3] 姚拱元,吴建民,陈若玉.航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].航空电子技术,2002,33(1):1-10.

[4] 杨云志,罗通俊,黄进武.我国大型飞机航空电子系统的发展与思考[J].电讯技术,2007,47(4):1-5.

[5] 牛文生.机载计算机技术发展的现状与趋势[J].计算机科学,2006,(33):231-232.

Integrated authentication system research based on the large aircraft integrated processor

Integrated processor integrated authentication system for testing and demonstration of comprehensive processor support platform, this paper introduces the integrated processor integrated authentication system based on large aircraft. Integrated processor as the core of the avionics system in the integrated avionics system before its first fully integrated test verification, this will be to lay a solid foundation for integrated avionics system。

Comprehensive validation; simulation cockpit; fault injection

V271.4

A

1008-1151(2015)06-0017-03

2015-05-11

杨涛（1981－），男，陕西武功人，中国航空计算技术研究所工程师，硕士，研究方向为机载计算机硬件设计与调试。