Архитектура бортового оборудования Boeing-777. Одной из самых важных систем бортового оборудования самолета Boeing-777, построенной на базе платформы ИМА, является Airplane Information Management System (AIMS) - Бортовая информационно-управляющая система (БИУС).
БИУС является вычислительным ядром для следующих систем авионики:
· Flight management computing system (FMCS) – вычислительной системы самолетовождения (ВСС);
· Primary display system (PDS) – системы основных дисплеев или системы электронной индикации (СЭИ);
· Thrust management computing system (TMCS) – вычислительной системы управления тягой (ВСУТ);
· Airplane condition monitoring system (ACMS) – системы регистрации информации для управления состоянием самолетных систем;
· Central maintenance computing system (CMCS) – бортовой системы технического обслуживания (БСТО);
· Data communication management system (DCMS) – системы управления передачей данных (СУПД);
· Flight data recorder system (FDRS) –системой регистрации полетной информации (СРПИ).
Взаимодействие систем, входящих в AIMS, показано на рис.1.4.
Вычислительная система самолетовождения (FMCS) представляет собой совокупность:
· компонент аппаратных средств: Control Display Unit (CDU) – пульт управления и индикации (ПУИ) - 3 штуки;
· компонент программного обеспечения: Flight management computing function (FMCF) – функция вычислительной системы самолетовождения, реализованная в двух кабинетах авионики – центральной вычислительной системе.
Рис.1.4. Взаимодействие систем, входящих в AIMS самолета В-777
Система основных дисплеев или система электронной индикации (PDS) представляет собой совокупность компонентов аппаратных средств и программных приложений (функций). К аппаратным средствам относятся:
· компонент аппаратных средств: Display unit (DU) – многофункциональные дисплеи - 6 штук;
· компонент аппаратных средств: Captain Display Switching Panel – панель управления дисплеями командира ВС – 1 штука;
· компонент аппаратных средств: First Officer Display Switching Panel - панель управления дисплеями второго пилота – 1 штука;
· компонент аппаратных средств: Display Select Panel (DSP) – панель выбора дисплеев – 1 штука;
· компонент аппаратных средств: Cursor Control Device (CCD) – устройство управления курсором - 2 штуки;
· компонент аппаратных средств: Center Display Control Panel – центральная панель управления дисплеями – 1 штука;
· компонент аппаратных средств: Instrument Source Select Panel – панель выбора источников приборной информации - 2 штуки;
· компонент аппаратных средств: EFIS Control Panel (EFIS CP) – панель управления системой электронной индикацией - 2 штуки;
· компонент аппаратных средств: Remote Light Sensor (RLS) - дистанционный датчик света - 2 штуки.
Программным приложением (функцией) является Primary display function (PDF) – функция основных дисплеев.
Вычислительная система управления тягой или автомат тяги (TMCS) включает три компонента аппаратных средств:
· компонент аппаратных средств: Autothrottle Servo Motor (ASM) – исполнительный механизм автомата тяги - 2 штуки;
· компонент аппаратных средств: TO/GA Switch – переключатель взлет/уход на 2-ой круг - 2 штуки;
· компонент аппаратных средств: Autothrottle Disconnect Switch – концевые выключатели автомата тяги – 2 штуки.
Программным приложением (функцией) является Thrust management computing function (TMCF) – функция автомата тяги.
Система регистрации информации для управления состоянием самолетных систем (ACMS) включает один компонент аппаратных средств:
· компонент аппаратных средств: Quick Access Recorder (QAR) - быстросъёмный регистратор полетной информации,
а также два программных приложения (функции):
· компонент программного приложения: Quick access recorder function (QARF) – функция быстросъёмного регистратора полетной информации;
· компонент программного приложения: Airplane condition monitoring function (ACMF) – функция управления состоянием самолетных систем.
Бортовая система технического обслуживания (CMCS) включает два компонента аппаратных средств:
· компонент аппаратных средств: Maintenance Access Terminal (MAT) or Laptop MAT (LMAT) – бортовая панель технического обслуживания или ноутбук технического обслуживания;
· компонент аппаратных средств: Portable Maintenance Access Terminal (PMAT) – портативный терминал технического обслуживания,
а также одно программное приложение (функцию):
· компонент программного приложения: Central Maintenance Computing Function (CMCF) – функция бортовой системы технического обслуживания.
Система управления передачей данных (DCMS)
· компонент аппаратных средств: Accept/Cancel/Reject Switch – переключатели прием/отмена – 2 штуки,
а также два программных приложения (функции):
· компонент программного приложения: Data communication management function (DCMF) – функция управления передачей данных;
· компонент программного приложения: Flight deck communication function (FDCF) – функция управления связью в кабине.
Система регистрации полетной информации (FDRS) включает один аппаратный компонент:
· компонент аппаратных средств: Digital Flight Data Acquisition Function (DFDAF) – бортовой регистратор полетной информации
и одно программное приложение (функцию):
· компонент программного приложения: Digital flight data acquisition function (DFDAF) функция сбора полетной информации.
Состав аппаратных компонентов и программных приложений AIMS, а также их расположение по разделам ATA показано на рис.1.5.
Рис.1.5. Состав аппаратных компонентов и программных приложений AIMS
Два кабинета авионики AIMS осуществляют взаимосвязь с легкосъемными блоками авионики, датчиками, индикаторами, переключателями по следующим линиям связи:
· Flight controls ARINC 629 buses (3) – по трем шинам управления полетом ARINC 629;
· Systems ARINC 629 buses (4) – по четырем системным шинам ARINC 629;
· AIMS intercabinet Ethernet buses (4) – по четырем внутренним шинам Ethernet AIMS;
· Low speed and high speed ARINC 429 data buses – по высокоскоростным и низкоскоростным шинам ARINC 429;
· ARINC 453 buses – по шинам ARINC 453;
· RS 422 buses – по шинам RS 422;
· ARINC 717 buses – по шинам ARINC 717;
· ARINC 618 data – по шинам ARINC 618;
· Display units video buses – по шинам видео с многофункциональными дисплеями;
· Analog discretes – по аналоговым дискретным сигналам;
· Analog signals – по аналоговым сигналам.
Интерфейсы AIMS показаны на рис.1.6.
Рис.1.6. Интерфейсы AIMS
Один кабинет AIMS включает десять легкосъемных блоков:
· Core processor module/communication (CPM/COMM) - основной процессорный модуль/блок связи;
· CPM/standard (CPM/STD) - основной процессорный модуль/стандарт;
· CPM/graphics generator (CPM/GG) (2) – два основных процессорных модуля/генератора изображения;
· Input/output module (IOM) (4) – четыре модуля ввода-вывода;
· Power conditioning module (PCM) (2) – два модуля питания охлаждения
и кабинетное основание (раму). На самолете имеется два таких кабинета.
Архитектура бортового оборудования SSJ-100. Архитектура бортового оборудования этого ВС базируется на центральном вычислителе. Концепция вычислителя основана на стандарте ARINC 653 и обеспечивает работу нескольких приложений с различными уровнями разработки приложений за счёт разделения и изоляции друг от друга. Платформа центрального вычислителя авионики - платформа Integrated Modular Avionics (IMA) выполняет функцию «ядра» авионики.
Центральные вычислители выполняют функции платформы центрального вычислителя авионики и информационного обмена систем самолёта.
Система включает в себя центральный вычислитель и модуль ввода/вывода (CPIOM-R) и кабинет авионики (САС). Каждый кабинет авионики имеет в своём составе модули: центральный процессор (CPM), модуль ввода/вывода (IOM), модуль коммутации (SWM).
Система центрального вычислителя выполняет функции:
— центрального процессора,
— модуля ввода-вывода данных,
— концентратора данных,
— автопилота и автомата тяги,
— загрузки программного обеспечения,
— системы предупреждения экипажа,
— системы предупреждения о сваливании.
Взаимодействие IMA с другими самолетными системами показано на рис.1.7а и 1.7б.
Рис.7а. Вариант реализации функции «Индикация в кабине»
на самолете SSJ100
Платформа IMA разделена на две дублирующие стороны. Каждая из них включает:
— два центральных процессора и модуля ввода/вывода (CPIOM-R), выполняющие функции разделения управления между КВС и вторым пилотом;
— один кабинет авионики (САС), включающий в себя один модуль центрального процессора (CPM), два модуля ввода\вывода (IOM), два модуля коммутации сети ADN (SWM), три свободных слота.
Платформа IMA выполняет следующие функции:
— концентратор данных DCA (реализуется в CPIOM-R и в CPM);
— функции автопилота и автомата тяги (реализуется в CPIOM);
— система предупреждения экипажа FWS (реализуется в CPM/IOM);
— система предупреждения о сваливании SWS (реализуется в CPM).
Рис.1.7б. Взаимодействие IMA с другими самолетными системами
Внешние и внутренние связи системы центрального вычислителя показаны на рис.1.8.
Рис.1.8. Внешние и внутренние связи системы центрального вычислителя
Платформа IMA основана на ARINC 653 и обеспечивает два уровня разделения:
— разделение между приложениями и аппаратным обеспечением посредством интерфейса приложения (API 653), который позволяет отделить управление конфигурацией приложений от модулей, а также стандартизировать интерфейс между приложениями и модулями для облегчения взаимозаменяемости ПО;
— разделение между приложениями, управляемыми операционной системой (ОС) в реальном времени, для обеспечения строгого разделения между различными приложениями, реализованными в едином модуле так, что приложения не пересекаются. Для выполнения разделения, ОС использует методы физического и временного разделения при обработке памяти, а также ресурсов потока данных, которые разделяются между всеми приложениями.
Программное обеспечение платформы состоит из двух основных частей:
— прикладная часть, в которую могут входить программы различных уровней критичности;
— базовая часть, которая является основой для прикладных приложений.
Эти две части сообщаются через интерфейс API.
Базовая часть - стандартная оболочка, где выполняются все прикладные приложения.
Данный уровень программного обеспечения организован в виде двух компонентов, дополняющих друг друга:
— резидентное ПO, которое может быть загружено только на специальном рабочем месте;
— базовое ПО, которое может быть загружено на самолёте.
Резидентное ПО обеспечивает минимальный набор сервисных функций для установки операционной системы, а именно:
— загрузка/перезагрузка данных,
— реализация функций загрузки данных,
— контроль включения и принятие соответствующих мер.
Архитектура бортового оборудования А380. Архитектура бортового оборудования этого самолета также основана на ИМА. Интегрированная модульная авионика (IMA) и Avionics Data Communication Network (ADCN) - сеть передачи данных авионики обеспечивают совместно используемые ресурсы и широкие возможности обмена данными для различных самолетных систем.
Благодаря концепции IMA большинство функций бортовых вычислителей – легкосъемных блоков (LRU) выполняются с помощью программных приложений авионики. Эти независимые приложения размещаются в общих модулях IMA, называемых Core Processing Input/Output Modules (CPIOMs)- процессорные модули ввода/вывода (вычислительные ядра ввода/вывода). Как следствие, концепция IMA снижает расходы на техническое обслуживание за счет меньшего количества компьютеров.
Каждый CPIOM интегрирует новые аппаратные и программные технологии и служит для размещения в его памяти независимых приложений авионики, выполняемых с использованием его вычислительных ресурсов. Кроме того, он обеспечивает интерфейсы ввода/вывода для обычных блоков авионики.
Для того чтобы обеспечить взаимосвязи между обычными блоками авионики используются дополнительные модули Input/Output Modules (IOMs) - модули ввода/вывода (IOMS). CPIOMs и IOMS представляют собой легкосъёмные блоки.
Они взаимодействуют через сеть (ADCN) средствами коммуникационной технологии, разработанной на основе неавиационного стандарта, который был адаптирован для этой цели. Эта технология - Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX) – полнодуплексная локальная сеть передачи данных авионики. Термин полнодуплексный означает, что абонент может одновременно передавать и принимать данные по той же линии связи, которая представляет собой кабель СТАР QUAD, состоящий из четырех проводов – двух витых пар, одна пара для передачи и одна пара для приема информации.
Концепция IMA&AFDX показана на рис.1.9.
Процессорные модули ввода/вывода CPIOMs интегрируют распределенные вычислительные ресурсы для независимого выполнения хранимых в них программных приложений авионики. Кроме того, они обеспечивают независимый ввод/вывод данных для каждого приложения.
Такие данные циркулируют в полнодуплексной локальной сети передачи данных авионики AFDX, если программные приложения взаимодействуют с самолетными системами через сеть передачи данных авионики ADCN. Кроме того, имеется возможность обмена данными с обычными блоками авионики LRUs, если эти данные не представлены в формате AFDX.
Рис.1.9. Концепция IMA&AFDX
На самолете А380 представлены семь типов модулей CPIOM:
А: Пневмосистема + Система кондиционирования (опция);
B: Система кондиционирования;
C: Кабина и управление полетом;
D: Передача данных;
Е: Энергетика;
F: Топливо;
G: Шасси.
Каждый модуль CPIOM имеет свой собственный партийный номер. Модули CPIOM с одинаковым партийным номером взаимозаменяемы, но могут потребовать реконфигурации программного обеспечения.
Модули IOM не используются для размещения в них программных приложений авионики. Они служат для преобразования данных, представленных не в формате AFDX, от блоков LRUs для использования в сети ADCN, и наоборот, для преобразования данных из формата AFDX в формат, понятный обычным несетевым блокам LRUs.
Все модули IOM одинаковы и взаимозаменяемы. Они идентифицируются буквой А.
Сеть передачи данных авионики ADCN состоит из AFDX-переключателей (AFDX switches) AFDX-кабелей (AFDX cables). Технология ADCN&AFDX показана на рис.1.10.
Рис.1.10. Технология ADCN&AFDX
На самолете А380 сеть ADCN состоит из 16-и AFDX-переключателей по 8 на одну сеть, соединенных AFDX-кабелями. Эти переключатели соединяют между собой:
· 50 блоков LRU с интерфейсом AFDX (еще 2 блока могут быть подключены дополнительно),
· 8 модулей IOM,
· 22 модуля CPIOM, которые выполняют функции 7-и типов:
o 4 модуля типа A,
o 4 модуля типа B,
o 2 модуля типа C,
o 2 модуля типа D,
o 2 модуля типа E,
o 4 модуля типа F,
o 4 модуля типа G.
Переключатели попарно резервированы, что обеспечивает избыточность сети. Схема ADCN показана на рис.1.11.
Рис.1.11. Схема ADCN