机载大功率综合化平台上、下电方法设计

杨 柳，韩嫚莉，湛文韬

（中国航空工业集团 西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068）

0 引 言

随着机载航空电子系统综合程度的进一步提高和航电任务综合化的发展，平台的硬件功能模块性能提高且数量增多[1]。为了提高处理能力，模块一般会采用高性能多处理器并行处理的设计方法，而且系统一般会根据实际需要配备多个模块满足时间的处理需求，如此整个综合核心处理平台的功率就从原来的几十瓦激增到1 500 W左右，对整个供电网络的影响不容忽视。尤其是当系统处于应急供电模式的状况下，如果综合核心处理平台仍全面工作，那么将会大大缩短应急供电的时间，为整个系统的正常运转带来巨大的风险[2,3]。

因此，设计出一个针对大功率综合化平台的可配置上、下电方法就成为核心要求之一[4]。该方法不仅要解决系统高度综合化平台在机载环境上、下电过程中对供电网络冲击过大造成的电网波动大、电压不稳问题以及在供电网络总功率匮乏的情况下用电过高的情况，还要实现在供电过程中将整个供电网络的影响降至最小，同时确保综合处理平台以最优性能处理资源的配置运转，确保系统功能的运行，从而保障系统的可靠性和安全性[5,6]。

1 大功率综合化平台组成及工作模式

1.1 大功率综合化平台组成

按照ASAAC标准，航电综合化平台由机柜、母版以及高密度集成的硬件功能模块组成[7]。综合化技术一般应用在系统的机载大功率综合化平台设计中，为系统提供全面的处理能力和数据交换能力，满足综合处理平台的处理需求[8]。平台一般具有的功能模块包括以下8个部分。

其中，电源模块为机载大功率综合化平台的所有功能模块供电；系统控制器模块是机载大功率综合化平台的主控制器，进行机载大功率综合化平台的各种决策；网络交换模块为机载大功率综合化平台提供网络交换功能，为所有模块之间的数据交换提供通路；大容量存储模块支持机载大功率综合化平台提供配置数据和程序数据的存储；输入和输出模块为机载大功率综合化平台提供离散接口处理功能；通用数据处理模块为机载大功率综合化平台提供全面的处理功能和数据交换功能；数字信号处理模块为机载大功率综合化平台提供数字信号处理功能；图形图像模块为机载大功率综合化平台提供图形图像处理功能。

1.2 大功率综合化平台工作模式

大功率综合化平台有关键任务工作模式、正常工作模式以及应急工作模式3种工作模式，具体定义如下。关键任务工作模式中平台仅实现航电系统关键任务的运行，包括系统控制、数据/文件管理以及网络交换功能，此时平台的关键模块工作，其余模块不供电工作。正常工作模式中平台处于全状态工作，即所有资源正常工作。控制设备处于主发供电即正常供电状态，所有的模块均加电正常工作。应急工作模式中平台仅实现航电系统关键任务的运行，包括系统控制、数据/文件管理以及网络交换功能[9,10]。这3种工作模式的转换、工作模式和任务分区的映射关系以及工作模式和混合供电方式的对应关系如图1所示。

图1 工作模式示意图

2 可配置上下、电方法技术原理

2.1 模块分类和定义

根据工作模式和供电模式的需求，按照模块功能的重要程度对机载大功率综合化平台所有功能模块的优先等级进行分类和定义。

定义集合a为最小核心功能资源。集合a是机载大功率综合化平台运行的最小集合的核心关键模块，实现的功能包括供电、系统控制以及网络交换等，功能模块包括PSM、SC、NSM等，优先级为高。上电期间，平台最先对集合a的功能模块进行上电，在平台下电期间最后对集合a的功能模块进行下电。

定义集合b为次级重要功能资源。集合b是机载大功率综合化平台运行的重要功能模块，实现的功能包括系统配置、数据存储以及重要任务切换等，功能模块包括MMM等，在平台中的优先级为中，其重要程度仅次于集合a。

定义集合c为系统正常运转的功能资源。集合c是大功率综合化平台任务功能模块集合，实现的功能包括数据处理、数字信号处理、图像处理以及I/O接口处理，功能模块包括GPP、SPM、GPM、IOM等，优先等级为低。

将集合分类对应到平台的供电模式，示意如图2所示。当正常供电时，集合a、b以及c中的功能模块均正常工作，当平台处于关键任务供电模式时，集合a和b中的功能模块正常工作，当处于应急供电模式时，仅集合a中的功能模块正常工作。

图2 集合分类对应工作模式示意图

2.2 上电策略

上电时，PSM模块先进行上电，之后大功率综合化平台必须确保集合a的所有资源供电正常，SC将根据获取的系统实际需要进行决策，来决定下一步的上电策略。上电过程如图3所示，具体采取以下步骤。上电时，机载大功率综合化平台先给PSM上电，PSM加电工作正常后按照集合a的分类定义给集合a的其余功能模块供电；集合a正常工作后，SC识别系统供电模式，SC再根据当前系统的供电模式提供的供电功率做出决策；当系统处于正常供电模式时，SC给PSM发送指令，配置PSM给集合b与集合c的所有功能模块加电，顺序上先对集合b的功能模块加电，然后再对集合c的功能模块加电；当系统处于关键任务供电模式时，SC给PSM发送指令，配置PSM给集合b的所有功能模块加电；当系统处于应急供电模式时，PSM不对集合b与集合c的功能模块加电。

图3 上电过程示意图

2.3 下电策略

下电过程如图4所示，具体采取以下步骤。当系统处于正常供电模式时，SC给PSM发送下电指令，PSM先对集合c的功能模块下电，然后再对集合b的功能模块下电，最后对集合a的功能模块下电；系统处于关键任务供电模式时，SC给PSM发送下电指令，PSM先对集合b的模块下电，再对集合a的模块下电；当系统处于应急供电模式时，SC给PSM发送下电指令，PSM对集合a的功能模块下电。

图4 下电过程示意图

3 结 论

综合化的机载核心处理平台需要高可靠的电源网络，本文的上、下电方法基于机载大功率综合化平台的工作模式和供电模式提出了一种可配置的上、下电方法，能够根据供电网络的实际情况选择合适的供电策略，既保证产品处于当前最优处理能力的状态，又确保大功率设备对飞机供电网络的影响尽可能降至最小，保证了飞机供电网络的稳定输出，确保飞机供电网络的可靠运作。在今后的研究中还需继续探索，进一步提升供电网络的可靠性和安全性。