機載大功率綜合化平臺上、下電方法設計

楊 柳，韓嫚莉，湛文韜

（中國航空工業集團 西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

隨著機載航空電子系統綜合程度的進一步提高和航電任務綜合化的發展，平臺的硬件功能模塊性能提高且數量增多[1]。為了提高處理能力，模塊一般會采用高性能多處理器并行處理的設計方法，而且系統一般會根據實際需要配備多個模塊滿足時間的處理需求，如此整個綜合核心處理平臺的功率就從原來的幾十瓦激增到1 500 W左右，對整個供電網絡的影響不容忽視。尤其是當系統處于應急供電模式的狀況下，如果綜合核心處理平臺仍全面工作，那么將會大大縮短應急供電的時間，為整個系統的正常運轉帶來巨大的風險[2,3]。

因此，設計出一個針對大功率綜合化平臺的可配置上、下電方法就成為核心要求之一[4]。該方法不僅要解決系統高度綜合化平臺在機載環境上、下電過程中對供電網絡沖擊過大造成的電網波動大、電壓不穩問題以及在供電網絡總功率匱乏的情況下用電過高的情況，還要實現在供電過程中將整個供電網絡的影響降至最小，同時確保綜合處理平臺以最優性能處理資源的配置運轉，確保系統功能的運行，從而保障系統的可靠性和安全性[5,6]。

1 大功率綜合化平臺組成及工作模式

1.1 大功率綜合化平臺組成

按照ASAAC標準，航電綜合化平臺由機柜、母版以及高密度集成的硬件功能模塊組成[7]。綜合化技術一般應用在系統的機載大功率綜合化平臺設計中，為系統提供全面的處理能力和數據交換能力，滿足綜合處理平臺的處理需求[8]。平臺一般具有的功能模塊包括以下8個部分。

其中，電源模塊為機載大功率綜合化平臺的所有功能模塊供電；系統控制器模塊是機載大功率綜合化平臺的主控制器，進行機載大功率綜合化平臺的各種決策；網絡交換模塊為機載大功率綜合化平臺提供網絡交換功能，為所有模塊之間的數據交換提供通路；大容量存儲模塊支持機載大功率綜合化平臺提供配置數據和程序數據的存儲；輸入和輸出模塊為機載大功率綜合化平臺提供離散接口處理功能；通用數據處理模塊為機載大功率綜合化平臺提供全面的處理功能和數據交換功能；數字信號處理模塊為機載大功率綜合化平臺提供數字信號處理功能；圖形圖像模塊為機載大功率綜合化平臺提供圖形圖像處理功能。

1.2 大功率綜合化平臺工作模式

大功率綜合化平臺有關鍵任務工作模式、正常工作模式以及應急工作模式3種工作模式，具體定義如下。關鍵任務工作模式中平臺僅實現航電系統關鍵任務的運行，包括系統控制、數據/文件管理以及網絡交換功能，此時平臺的關鍵模塊工作，其余模塊不供電工作。正常工作模式中平臺處于全狀態工作，即所有資源正常工作。控制設備處于主發供電即正常供電狀態，所有的模塊均加電正常工作。應急工作模式中平臺僅實現航電系統關鍵任務的運行，包括系統控制、數據/文件管理以及網絡交換功能[9,10]。這3種工作模式的轉換、工作模式和任務分區的映射關系以及工作模式和混合供電方式的對應關系如圖1所示。

圖1 工作模式示意圖

2 可配置上下、電方法技術原理

2.1 模塊分類和定義

根據工作模式和供電模式的需求，按照模塊功能的重要程度對機載大功率綜合化平臺所有功能模塊的優先等級進行分類和定義。

定義集合a為最小核心功能資源。集合a是機載大功率綜合化平臺運行的最小集合的核心關鍵模塊，實現的功能包括供電、系統控制以及網絡交換等，功能模塊包括PSM、SC、NSM等，優先級為高。上電期間，平臺最先對集合a的功能模塊進行上電，在平臺下電期間最后對集合a的功能模塊進行下電。

定義集合b為次級重要功能資源。集合b是機載大功率綜合化平臺運行的重要功能模塊，實現的功能包括系統配置、數據存儲以及重要任務切換等，功能模塊包括MMM等，在平臺中的優先級為中，其重要程度僅次于集合a。

定義集合c為系統正常運轉的功能資源。集合c是大功率綜合化平臺任務功能模塊集合，實現的功能包括數據處理、數字信號處理、圖像處理以及I/O接口處理，功能模塊包括GPP、SPM、GPM、IOM等，優先等級為低。

將集合分類對應到平臺的供電模式，示意如圖2所示。當正常供電時，集合a、b以及c中的功能模塊均正常工作，當平臺處于關鍵任務供電模式時，集合a和b中的功能模塊正常工作，當處于應急供電模式時，僅集合a中的功能模塊正常工作。

圖2 集合分類對應工作模式示意圖

2.2 上電策略

上電時，PSM模塊先進行上電，之后大功率綜合化平臺必須確保集合a的所有資源供電正常，SC將根據獲取的系統實際需要進行決策，來決定下一步的上電策略。上電過程如圖3所示，具體采取以下步驟。上電時，機載大功率綜合化平臺先給PSM上電，PSM加電工作正常后按照集合a的分類定義給集合a的其余功能模塊供電；集合a正常工作后，SC識別系統供電模式，SC再根據當前系統的供電模式提供的供電功率做出決策；當系統處于正常供電模式時，SC給PSM發送指令，配置PSM給集合b與集合c的所有功能模塊加電，順序上先對集合b的功能模塊加電，然后再對集合c的功能模塊加電；當系統處于關鍵任務供電模式時，SC給PSM發送指令，配置PSM給集合b的所有功能模塊加電；當系統處于應急供電模式時，PSM不對集合b與集合c的功能模塊加電。

圖3 上電過程示意圖

2.3 下電策略

下電過程如圖4所示，具體采取以下步驟。當系統處于正常供電模式時，SC給PSM發送下電指令，PSM先對集合c的功能模塊下電，然后再對集合b的功能模塊下電，最后對集合a的功能模塊下電；系統處于關鍵任務供電模式時，SC給PSM發送下電指令，PSM先對集合b的模塊下電，再對集合a的模塊下電；當系統處于應急供電模式時，SC給PSM發送下電指令，PSM對集合a的功能模塊下電。

圖4 下電過程示意圖

3 結 論

綜合化的機載核心處理平臺需要高可靠的電源網絡，本文的上、下電方法基于機載大功率綜合化平臺的工作模式和供電模式提出了一種可配置的上、下電方法，能夠根據供電網絡的實際情況選擇合適的供電策略，既保證產品處于當前最優處理能力的狀態，又確保大功率設備對飛機供電網絡的影響盡可能降至最小，保證了飛機供電網絡的穩定輸出，確保飛機供電網絡的可靠運作。在今后的研究中還需繼續探索，進一步提升供電網絡的可靠性和安全性。