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1、机载计算机发展现状与趋势,牛文生,机载计算机的特性,定义：在机载环境下用于机载设备控制、计算功能的专用计算机系统。如机载火力控制计算机系统、飞行控制计算机系统、机载雷达信号处理计算机、弹载飞行控制计算机等。,机载计算机的作用,传感器,物理量,数字量,计算机,决策信息,数模变换,物理量,数字量,决策,飞行员,飞机传感器、数据链信息.,飞机控制、发射武器.,机载计算机是航空电子的核心部件,机载计算机的主要构成,模拟量,离散量,数字总线,电源,输入接口,处理器,输出接口,模拟量,离散量,数字总线,机载计算机的物理组成,典型模块外观,机载计算机的主要特点,特点：同其他计算机相比，机载计算机具有实时性、
2、可靠性和抗恶劣环境的突出特点。,实时性,计算机在给定的时间里完成规定的计算任务的特性。机载计算机属于强实时系统，在该类系统中如果实时性不能满足将产生严重的后果，如丧失武器的最佳发射时机，甚至影响飞行安全。实时性体现在计算机软硬件设计的各个方面，如操作系统的最小响应时间，硬件中断响应最小时间，中断优先级的排列等等。,确定性原则：为了保证实时性，在目前的机载计算机系统设计中一般遵循确定性设计原则，如所处理的任务的调度周期、资源分配等都是在地面试验中确定的，在实时运行过程中不做动态调整以避免出现不可预知的情况导致系统失控。这一点和非实时的计算机系统如Windows计算机有较大的区别。,可靠性,机载计
3、算机应用于军事、飞行等设计人身安全和国家安全的领域，必须能够可靠地工作才能完成预定的任务可靠性的度量：MTBF，任务可靠度等提高可靠性的基本手段提高部件的可靠性：军用等级元器件，试验等设计中的降额设计原则：如典型驱动器的驱动能力在设计中必须根据器件的带负载能力和负载的实际情况计算确定负载个数，时序设计必须考虑最坏情况下的时间余量系统结构上采用容错措施，如典型的飞控系统计算机采用四余度容错计算机,抗恶劣环境,主要环境应力气候环境：温度湿度气压沙尘电磁环境：电磁发射屏蔽机械应力：振动冲击跌落辐射环境：核爆炸宇宙射线生物环境：盐雾霉菌腐蚀性气体等抗恶劣环境设计是机载计算机设计的主要内容之一，涉及元器
4、件选择、部件加工、逻辑设计等各个方面,机载计算机的发展过程和特点,飞控系统,武器外挂系统,机电系统,航电系统,任务计算机显示控制计算机数据传输设备计算机雷达数字和信号处理计算机通讯导航识别系统计算机NAMP计算机机载数据链计算机先进自保护系统计算机箔条投放系统计算机航图计算机,环控计算机EPU应急动力系统计算机燃油测量计算机供电管理中心（PCU）控制计算机刹车控制计算机电源变换器计算机,飞控计算机自动驾驶仪计算机近地告警计算机,火控计算机瞄准吊舱计算机激光照射吊舱计算机 武器接口单元计算机空空导弹发控装置计算机尾炮控制计算机对地攻击管理计算机,发动机系统,发动机电调控制计算机,机载计算机在飞机
5、上的应用领域,机载计算机的应用领域-任务系统,机载计算机的应用领域-机电系统,三代机联合式航电系统中的机载计算机,独立的子系统独立的 计算机独立的 控制和显示,存在的问题,Many custom embedded puter subsystems,Software bound to hardware-very limited re-usability,Maintenance Interval Short,Updates are Costly,Large Spares Inventory,DF,F-22的航空电子系统结构,传感器区域,传感器数据分配网络,CIP1,CIP2,座舱 C&D 人机接口
6、,CIP3,飞行器管理区,视频数据分配网络,外挂子系统,数字模拟,飞机系统,传感器网络,前视红外/红外跟踪与搜索跟踪,大容量存储器,控 制,显示器,座舱指示器,大气数据系统,电 源 系 统,飞行控制系统,惯性传感器,视频网络,录音设备,导弹告警,雷达,电子战/电子支援测量,通讯、导航与识别,声传感器,显示器,显示器,显示器,孔径,光纤开关网络,传感器前端,显示器,信号处理机,数据处理机,光纤开关网络,模拟 数字,数字/模拟模块,射频传感器阵列,综合底板,JAST航空电子系统结构,F35航空电子系统结构,Modular Avionics Unit,Generic Modular Architec
7、ture,DF,Generic Modular Architecture,DF,Generic Modular Architecture,DF,ASAAC 系统结构,飞行器管理Vehicle Management,任务管理Mission Management,目标探测Target Detection,ASAAC 系统结构,PCM,MMM,DPM,DPM,DPM,SPM,NSM,PCM,DPM,SPM,DPM,ASAAC System Architecture,Mission Management,Target Detection,Processing Unit,Links to Network
8、,Routing Unit,Power,ModuleSupport Unit,Network Interface Unit,PSU,Module Physical Interface,Generic Common Functional Module,JK,Processing Unit,Links to Network,Routing Unit,Power,ModuleSupport Unit,Network Interface Unit,PSU,Module Physical Interface,Generic Common Functional Module,Data distributi
9、on between on module elements,JK,Processing Unit,Links to Network,Routing Unit,Power,ModuleSupport Unit,Network Interface Unit,PSU,Module Physical Interface,Generic Common Functional Module,Transformation from the standard backplane voltage to the module specific voltage.,JK,Processing Unit,Links to
10、 Network,Routing Unit,Power,ModuleSupport Unit,Network Interface Unit,PSU,Module Physical Interface,Generic Common Functional Module,Communications interface to the off-module network.,JK,Processing Unit,Links to Network,Routing Unit,Power,ModuleSupport Unit,Network Interface Unit,PSU,Module Physica
11、l Interface,Generic Common Functional Module,Specific processing functionality of a particular module type,DPs,SPs,GPs.,JK,ASAAC Module Types,JK,Common Functional Module Concept,JK,F35 综合核心处理机的性能指标,它占两个架子一个23插槽，一个 8 个插槽，初期能力是以前任务与武器计算机和专用信号处理器管理的任务：数据处理：40.8 GOPS 它使用G4，128位Altivec技术；图形处理信号处理：75.6 GF
12、LOPS图形处理：225.6 GMACS（G乘累加操作）用FPGA和VHDL写的专用图形引擎；设计有7种22模块：4xGP,2xGPIO,2xSP,5xSPIO,2xIP,2xSwitch,5xPower,操作系统发展历程,APOS,MOS,Software Architecture,Application Management,JK,虚拟分区管理,任务操作系统（TOS）,应用任务,任务操作系统（TOS）,应用任务,任务操作系统（TOS）,应用任务,任务操作系统（TOS）,通用系统管理,分区操作系统（POS）,分区1,分区2,分区3,系统分区,系统态,ACoreOS653操作系统,系统划分层次
13、图,系统共享库,用户态,机载软件开发工具-SAE AS5506标准,MetaH 工具,提出的挑战,北约的观点：Worlds most plex real-time systems（指航电系统）Severe Operational EnvironmentTemperature Range,Vibration,Humidity etc.Contaminants-Fuel,Oil etc.Electromagnetic CompatibilityAircraft Lifetime Getting Longer:40+yearsComponent Lifetime Getting Shorter:3
14、years?Semiconductors:Military Market Less Than 1%Systems Obsolete During Development“Lifetime Buy”Unsatisfactory SolutionAircraft Infrastructure,e.g.Wiring150 Flying hours/30 days without maintenance95%availability,提出的挑战,高性能核心处理机设计技术开放式系统结构高性能基于交换结构的统一网络分布式系统的系统管理技术（资源分配、健康监控、重构等）高性能模块设计和制造技术系统结构的定义IC/SOC/MCM的设计与制造液体冷却技术分布式实时操作系统技术大型实时软件设计、管理技术及其开发环境技术,谢谢,
