航空航天嵌入式計算機體系架構評估模型研究

孫魁元

摘 要：航空航天嵌入式計算機具有很多不同的特點，但是在整體構架當中，其所具有的共通性也非常多。從飛機中央控制臺、導彈的制導計算機以及星載控制計算機這幾種典型的嵌入式計算機進行分析可以得到其共通性技術的組成，以及計算機系統架構的共通性。從而歸納出評價維度以及構建評估模型。

關鍵詞：航空航天 嵌入式 計算機體系 評估模式

中圖分類號：TP33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0022-02

航空電子系統在近年來發展的越來越快，越來越多的新技術應用其中，使其換代速度越來越快。綜合模塊化的航電系統技術越來越成熟，微電子技術的發展和應用使其得到了更加快速的發展。航天電子系統的小型化技術也越加成熟，模塊化技術的大量應用使其可靠性也得到了增加。

1 典型的嵌入式構架及共性技術

典型的嵌入式計算機有飛機主操作臺、導彈的指導控制計算機系統以及星載計算機系統，這3種嵌入式計算機各有特點，服務于不同的功能。首先通過分析找出三者之間的共性技術，這三者的架構示意圖如圖1，構架特征見表1。

航空航天領域的承載平臺相對較小，對重量要求較為嚴格，并且對可靠性的要求非常高，使用功能也非常復雜，因此其嵌入式計算機的體系構架形式也非常多。但在技術上也仍然有非常多的共通性。首先，其都是以模塊化的模式進行構架，在構架中以可更換模塊作為最基本的硬件構件。這些模塊包括處理模塊、端口模塊以及網絡連接模塊。這些可更換模塊既在系統的正常運行當中起到一定的作用，同時也能在其他可更換模塊出現故障或者脫離系統時進行有效、及時的診斷。甚至可以在斷開電源的情況下對可更換模塊進行更換，從而使發生故障的部分能夠重新投入工作。通過診斷問題模塊和可替換模塊，能夠使計算機系統得到更好的可維護性能。其次，將數據網絡的應用作為中心。網絡作為計算機系統的基礎部分，目前的高速網絡主要有光纖和AFDX以及TTE總線等。再次，嵌入式計算機系統具有非常強大的綜合性能，其擁有非常強大的信息共享能力，并通過系統實現了集成化的功能。

2 評估建模遵循開放性的標準

航空航天嵌入式計算機構架中共同特點較多，可以從總體的架構、成本的控制和適應發展這三方面入手。如表2所示。模塊化或者網絡中心的綜合性架構設計，不僅只能在嵌入式計算機中應用，也可以將其歸屬到“通用框架”內。使用集約化的設計模式，能讓整體的控制思路更有效，也能維系其使用壽命。航空航天嵌入式的計算機能被納入到“適應發展”時期，在使用COTS降低現有成本的情況下，可以讓所有的貨源供給更好，并能提高系統的整體拓展性。

2.1 通用框架

通用框架需要由模塊化和網絡化為中心開設，兩方中的任何一方出現問題都會有悖通用框架的使用。使用模塊化關注主要是將系統分化成幾個小的部分，這樣就能讓模塊的安全機制滿足可維修性要求。網絡為中心的表現是要求使用多個計算機構成要素，彼此之間相互連接，形成互通和共享信息，然后能將物理上分布的差異看成是計算機資源的一體化構成要素，從而降低成本，讓系統的維護性和拓展性達到最優。但在此要求網絡的連通性和確定性能更好。

2.2 成本控制

成本控制評價的方式有兩類，分別是集約化和長壽化這兩類較為矛盾的思路，其中使用何種控制方式需要根據場合做決定。節約化主要是使用較少的代價能滿足計算機的系統使用要求，在縮短生產和使用周期期間，減少體積和重量的能耗。長壽命主要體現在可靠性和可維護性這兩方面內容。集約化評價維度，評判的原則是系統僅做少量的精簡設計，在減少不必要元器件的同時，在可靠性能獲得保障的情況下縮短余度，從而能在相近的功能和結構上實現一體化的設計要求，這就能滿足緊湊型布局要求。

3 結語

隨著航空航天嵌入式計算機水平的日益提高，體系架構的上的優勢也彰顯出來。該文主要概述航空航天內嵌入式計算機的主要特征，通過系統化的評估體系建立，可以綜合評價ICP架構系統。結合評價中的內容和結構，能表明體系架構模型使用的有效性。該文希望通過評價模式能為嵌入式計算機的使用提供適當的參考。

參考文獻

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