IMA核心处理系统软件结构

郭惠军　贾蒙　李根　段誉

摘要：航空电子系统的体系结构伴随着技术的发展朝着高度综合化和模块化方向迅速发展。主要体现如下：大量采用外场可更换模块，系统高度模块化;减少生命周期成本，提高任务执行能力;实时性、健壮性要求更高;具有较强的容错能力。本文分析了IMA系统的软件结构，得出核心处理系统软件结构需要实现的两个主要目标：搭建可重构的软件框架;建立可重用的应用程序组件。

关键字：应用软件层操作系统层模块支持层IMA系统

引言

根据分层的软件构架理念，航空电子系统软件结构可分为3层，对于塔式软件系统3层结构的每一个软件层，在这个模型里，为了提供每层之间的独立性，层与层之间通过标准的接口进行通信。接口服务封装在低一级的软件层中，对于上一级的软件层来说，，接口层提供了一种“虚拟机”，在这样的环境下，每一个接口都提供了一套通用的服务和资源。

1应用软件层

最顶层，包括飞机具体的功能应用软件，这一层软件包括与飞机任务和功能相关的各种软件，其与硬件无关。本层又分为：

（1）功能应用软件：为完成各种任务而开发的应用软件。

（2）应用管理软件：用于实现任务/方式管理。

应用层中每个功能应用程序都完成特定功能。功能应用程序处理由某传感器或者其他功能应用程序传递来的数据，然后将处理后的数据传送至作动器或者其他功能应用程序。这种处理要求是实时的，即需要在规定的时间之内完成。每个具体的功能应用程序都能被划分成若干个平行的处理单元对于某个功能应用程序进行任务划分，需从整体上进行规划，并且要与网络接口、处理过程、实时要求等具体要求紧密结合。每一个人物都有自己的运行环境，任务间的信息交换在任务的输入/输出中处理。也可采取共享内存的访问方式，减少网络通信流量。

所有的应用软件都驻留在应用层，开发时于具体的硬件无关，通过标准的接口和其它层通信，从而达到软件可重用的目的。

2操作系统层

操作系统层为中间层，提供为执行应用软件和管理系统所需的所有功能，，其与飞机、硬件相互独立。操作系统层负责处理所有的通信需求，为各种应用程序提供执行平台，该层进行机载资源的管理，按照优级对各种任务进行调度和切换。操作系统层可以完成通用系统管理、任务执行、任务监控、资源监控、通信服务和时间服务等功能。其包括了三个部分，操作系统，通用系统管理器，蓝印系统。

（l）操作系统：提供为支持实时应用执行和有关的资源管理（例如：调度、通信服务、错误管理服务、系统安全服务、时间服务）所需的各种服务。

（2）通用系统管理（GSM）：适用于任何层次的资源管理，并提供健康监视、故障管理、配制管理、安全管理等功能。

健康监控：用于评估航电资源使用情况以及综合区域和飞机的健康状况，具体的功能取决于所运行的系统层次。它主要作用在于监控错误和故障，并将任何有关的故障信息传递给故障管理系统，以便对故障作进一步的诊断与处理;

故障管理：用于定位、隔离和限制错误和故障，阻止错误的发生或者限制错误的扩散，并且确保系统在发生错误后可以维持运行一段必要的时间，已完成系统重构或者降级等必要的安全处理;

配置管理：执行初始系统配置，和后来由于飞行模式改变请求或故障/错误处理和系统的最终下电引起的重构，以及系统关机等;

安全管理：负责系统安全策略的执行，其职责是关键管理并且也必须能够执行安全的相关技术，包括编码、解码、认证算法和密钥管理。

3模块支持层

模块支持层为最底层，包括了基础硬件的详细情况，并提供对实现操作系统层所需的底层资源的存取。模块支持层提供下列服务：

（1）加载服务。数据处理模块从通用系统管理获取信息后，很具调度表利用本服务加载应用软件任务包。加载器通过通信服务和大容量存储模块进行通信，交互参数包含需要加载的任务包的标识，当任务包接收完整后，操作系统在合适的内存地址上进行任务加载。

（2）通信服务。该服务包括创建虚拟通道销毁虚拟通道、发送数据、接收数据和通信连接测试等。

（3）时间服务。提供自身硬件的日期/时间情况，向操作系统提供当前时间，同时用于系统时间校准。

（4）自测试服务。通过通用系统管理软件或者本地故障管理软件启动，进行模块状态检测。包括自启动的自测试和触发自测试。

（5）模块资源服务。将当前模块信息提供给操作系统。

4软件体系与IMA系统的关系

三层塔式结构软件模型在执行任务的时候，将加载到硬件模块上，这些处理模块包括数据处理模块、信号处理模块、图像处理模块、海量存储模块和电源转换模块。对于网络支持模块，可以不需要支持完整的三层塔式软件结构，但必须提供完整的模块支持层的功能，可以通過模块支持层接口与其它模块通信。

三层塔式软件结构将在模块的初始化过程中加载到模块的处理单元上，如图1所示。

对于数据处理模块，模块里面包含多个微处理器，每一个微处理器都可以加载不同的软件系统这些微处理器从逻辑上看是独立的，整个模块是由多个处理器组成的处理系统，对于信号处理模块，模块里面包含了若干信号处理器，在模块的初始化过程中，将在一个处理器上搭建软件系统，其余处理器完成信号处理的过程，在模块的设计过程中，可以有区别的设计这两种处理器，将DSP技术引入到设计过程，对于图像处理模块，与信号处理模块类似，模块包括若干图像处理器，在初始化过程中，将在一个处理器上加载软件系统，其余处理器完成具体的图像运算功能，在设计过程中，可以考虑采用不同的设计技术，让图像处理器更适用于图像运算处理，对于海量存储模块，将在处理单元加载软件系统，在模块初始化的过程中，海量存贮模块将自动加载软件系统并指导其他模块完成初始化过程，对于电源转换模块，为了控制和监控输出去的每路电源状况，也需要有一定的处理能力，在模块中将包含微处理器，可以加载软件系统。

参考文献

[1]宁毅.IMA平台需求定义技术研究[J].科技资讯，2016，14（16）：13+15.

[2]张占芳，王经典，王嘉良.机载核心处理系统通用化平台研究[J].航空电子技术，2017，48（04）：7-10+26.

[3]李昕颖，查振羽，崔德刚，熊华钢，综合化航电核心处理系统研究[J].民用飞机设计与研究，2009（Sl）：139-143.