基于大型飛機的綜合處理機綜合驗證系統研究

楊 濤 楊軍祥 王純委 劉 宇

（中國航空計算技術研究所，陜西 西安 710065）

基于大型飛機的綜合處理機綜合驗證系統研究

楊 濤 楊軍祥 王純委 劉 宇

（中國航空計算技術研究所，陜西 西安 710065）

綜合處理機綜合驗證系統為綜合處理機的綜合測試和演示驗證提供支持平臺，文章介紹了基于大型飛機的綜合處理機綜合驗證系統的實現。綜合處理機作為航電系統的核心，在航電系統綜合前對其先進行充分的綜合測試驗證，這將為航電系統的綜合打下堅實的基礎。

綜合驗證；模擬座艙；故障注入

綜合處理機綜合驗證系統，是進行綜合處理機綜合仿真、測試驗證的必備環境。大飛機航空電子系統的綜合化，不僅帶來綜合處理機設計技術的全面提升，也帶來了研制流程的變化。在研制流程上，大飛機綜合處理機強調子系統驗證和系統模擬仿真驗證的過程。綜合處理機系統綜合驗證通過在設計之初各子系統提出的對處理資源需求、處理流程、通信需求、實時性需求、容錯需求等內容（但不關注具體的算法、數據、內容），先行進行模擬仿真測試，從而降低后期航電系統設計和任務綜合的風險。

1 綜合處理機介紹

綜合處理機作為大型飛機航電系統的綜合信息處理平臺，具有：工作模式控制與資源管理，信息處理及數據計算，大容量數據存儲、記錄，AFDX網絡通信及網絡管理，健康監控及中央維護等基本功能。

2 綜合驗證系統功能

根據綜合處理機功能，綜合驗證系統包含下述功能：

（1）IPC外部測試激勵信號及IPC接口輸出檢測功能；

（2）航電子系統數據仿真功能，提供IPC綜合測試所需的各子系統數據；

（3）航電傳感器模擬功能，為IPC綜合測試提供傳感器仿真數據；

（4）綜合顯示控制功能，提供顯示處理仿真設備及顯示模擬器，用于系統綜合測試過程中典型應用測試畫面顯示及顯示控制；

（5）綜合測試控制及顯示功能，實現IPC的自動化綜合驗證及測試過程、測試構型及數據流的顯示；

（6）數據加卸載過程測試功能，包括ARINC615A加卸載過程測試及 ARINC615數據加卸載過程測試，提供ARINC615A數據加載器，用于系統數據加卸載過程測試；

（7）綜合故障注入功能，包括軟件故障注入和硬件故障注入；

（8）系統維護調試功能，用于系統集成過程中軟件調試及加載；

（9）軍用任務加卸載過程測試功能；

（10）AFDX網絡配置及通信功能測試；

（11）網絡時鐘同步測試功能；

（12）網絡管理測試功能；

（13）余度供電、PSM管理過程測試功能；

（14）數據捕獲過程測試功能，包括捕獲數據監控、記錄及卸載功能測試及數據符合性驗證；

（15）系統故障管理過程測試功能；

（16）飛行管理應用測試功能，模擬飛機飛行各階段；

（17）中央維護應用測試功能；

（18）IPC狀態監控與顯示，實時監測并動態顯示各CPM模塊、MMM模塊運行狀態。

3 綜合驗證系統簡介

綜合處理機綜合驗證系統系統構型圖如圖 1所示。綜合處理機綜合驗證系統布局結構示意圖如圖3所示。

航電子系統仿真器，包括顯示處理單元（DPU）仿真器、遠程數據集中器（RDC）仿真器、無線電接口單元（RIU）仿真器、機電管理計算機（EMP）仿真器、主飛控計算機（PFC）仿真器、任務管理計算機（MMC）仿真器。航電子系統仿真器分別與兩臺綜合處理機中的交換機交聯，用來仿真與綜合處理機交聯的機載設備的數據流接口，為綜合處理機綜合驗證提供仿真數據。

航電傳感器模擬器，包括慣導（INS）模擬器、大氣機（ADC）模擬器、自動飛行（AFCC）模擬器、發參采集器模擬器、機載防撞設備模擬器、近地告警設備模擬器、氣象雷達模擬器、視景增強設備模擬器。航電傳感器模擬器通過RDC仿真器將飛機傳感器的主要數據傳輸給綜合處理機，支持綜合處理機的綜合測試、演示功能的實現。

飛行環境仿真器以飛行方程為核心，模擬飛機的起飛、爬升、巡航、下降和著陸等飛行過程，同時，模擬飛機的自身和外部環境，向航電傳感器提供激勵數據，采集座艙操縱機構信息，形成人在回路的飛行仿真，支持綜合處理機的綜合演示功能。

模擬座艙由五臺大屏幕液晶顯示器、駕駛桿（游戲桿）、油門桿（游戲桿）組成，顯示飛機的飛行信息和飛行操控。

綜合驗證系統操控設備是綜合處理機綜合驗證系統的核心，完成系統調度與管理、測試用例的執行、AFDX/429數據加載、AFDX數據采集、仿真器控制、總線監控等功能。

故障注入設備模擬產生并注入系統故障，故障注入方式包括硬件直接注入和軟件注入兩種。

綜合顯示設備用來顯示驗證環境的構型信息、仿真數據、測試過程信息、測試狀態信息等，是航電傳感器模擬器、航電子系統仿真器和操控設備的顯示終端。

供電設備和通風設備支持綜合處理機的正常運行。

航電傳感器模擬器通過以太網與RDC仿真器、飛行環境仿真器連接，飛行環境仿真器向航電傳感器模擬器輸出飛行環境激勵信息，航電傳感器模擬器根據飛行環境激勵信息產生傳感器數據，通過以太網傳輸給RDC仿真器，RDC仿真器將這些數據信息轉化為AFDX格式數據，傳輸給航電子系統仿真器和綜合處理機，形成綜合處理機外圍仿真環境，支持綜合處理機的綜合測試和綜合演示功能。

航電子系統仿真器通過AFDX網絡與綜合處理機中的交換機模塊連接，為綜合處理機綜合驗證提供仿真數據，同時，航電子系統仿真器通過以太網與綜合驗證系統操控設備連接，接收綜合驗證系統操控設備的控制指令，完成演示程序與測試程序之間的切換，實現綜合處理機的綜合演示功能和對綜合處理機的自動化測試功能。DPU仿真器通過DVI總線與模擬座艙交聯，將飛行參數顯示信息傳輸給大屏幕液晶顯示器進行顯示。

綜合顯示設備與航電傳感器模擬器、航電子系統仿真器和綜合驗證系統操控設備交聯，通過視頻切換器，切換顯示各部分的參數、狀態、過程信息。

圖1　綜合處理機綜合驗證系統構型圖

綜合驗證系統操控設備通過AFDX、RS232、離散量等總線與IPC交聯、通過以太網與航電子系統仿真器交聯、通過DVI與綜合顯示設備交聯，完成IPC的自動化測試、仿真器的狀態切換、狀態和過程信息的顯示。

4 綜合驗證系統的功能與組成

4.1航電子系統仿真器

4.1.1DPU仿真器

（1）DPU仿真器通過接收FMS、CMS、大氣、慣導及無線電等數據并處理，進行顯示畫面生成和重構，驅動顯示器綜合顯示下述主要信息：

（2）飛機飛行信息，包括姿態、速度、高度、航向等主要飛行信息等；

（3）飛機導航信息；

（4）系統維護信息及操作控制等。

4.1.2RDC接口仿真器

（1）動態接收傳感器模擬器發送的飛行數據，并將其轉換成總線數據，將總線數據發送給IPC；

（2）對 615加載數據進行協議轉換，包括加載數據的AFDX轉429和響應數據的429轉AFDX；

（3）接收綜合驗證操控設備下發的控制指令。

4.1.3RIU接口仿真器

（1）動態接收飛行環境發送的組合導航、塔康、羅盤等無線電通信導航數據，并將其轉換成總線數據, 并將總線數據發送給IPC；

（2）接收綜合驗證操控設備下發的控制指令。RIU接口仿真器通過商用以太網交換機與綜合驗證操控設備連接，接收綜合驗證操控設備下發的控制指令。

4.1.4MMC接口仿真器

（1）提供任務系統與總線網絡的交互數據仿真，采用靜態數據仿真；

（2）接收綜合驗證操控設備下發的控制指令。

4.1.5EMP接口仿真器

（1）提供供電、燃油、液壓、艙門、環控、防冰、起落架、防火、接觸器等飛機系統的相關數據接口仿真，采用靜態數據；

（2）接收綜合驗證操控設備下發的控制指令。

4.1.6PFC接口仿真器

（1）提供飛控系統相關的數據模擬，采用靜態數據；（2）接收綜合驗證操控設備下發的控制指令。

4.2航電傳感器模擬器

（1）動態接收飛行環境發送的慣導、大氣、自動飛行、發參、機載防撞、近地告警等相關飛行數據；

（2）模擬慣導/衛星組合導航設備、模擬大氣數據設備、自動飛行系統、發參采集設備、機載防撞設備、近地告警設備、氣象雷達、視景增強設備的接口數據發送；

（3）模擬ARINC615被加載端，實現對615加載數據的接收和指令響應。

4.3綜合驗證操控設備

（1）實現驗證測試過程的自動控制與管理，并運行測試用例；

（2）仿真RTC；

（3）仿真網絡通信測試數據流；

（4）測試用例測試判據、測試結果管理；

（5）監控AFDX數據流，支持測試用例的運行；

（6）提供615A加載器功能；

（7）提供615加載器功能；

（8）仿真器顯示界面的切換等。

4.4故障注入設備

（1）通過 AFDX板卡模擬錯誤幀的發送，實現軟件故障注入功能；

（2）采集2個IPC的離散量狀態，模擬IPC外部離散量輸入，并模擬2個IPC的模塊復位信號，支持硬件故障注入功能；

（3）通過RS232接口獲取4個交換機的端口連接狀態、錯誤幀計數，監控網絡的在線信息，軟硬件版本信息等，實現IPC工作狀態顯示，并實時刷新。

4.5飛行環境模擬器

對飛機飛行模擬，提供逼真的飛機飛行仿真運動參數，向綜合航電有關的分系統提供所需的環境參數。

4.6模擬座艙

模擬飛機駕駛艙，見圖2，用于DPU仿真器驅動的大屏幕顯示器、任務加卸載卡座及飛行操縱手柄的安裝，支持測試人員進行典型用例測試。包括簡易模擬座艙，15寸液晶顯示器5個，3、4號顯示器為觸屏。

圖2　模擬座艙

圖3　綜合處理機綜合驗證系統布局結構示意圖

5 結束語

基于大型飛機的綜合處理機綜合驗證系統，作為與子系統開發驗證同步的綜合處理機整機驗證過程，分別從處理機和子系統兩個角度對綜合處理機進行驗證，使得設計缺陷或錯誤能夠被盡早發現，為主機所進行航電系統綜合打下了堅實的基礎。

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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

楊濤（1981－），男，陜西武功人，中國航空計算技術研究所工程師，碩士，研究方向為機載計算機硬件設計與調試。