[发明专利]基于模块化结构的三余度容错计算机平台

说明书

技术领域

本发明涉及基于模块化结构的计算机平台，具体涉及常用于航空机载系统的基于模块化结构的三余度容错计算机平台。

背景技术

飞行器的功能划分为直接与飞行器完成任务有关的“有效载荷功能”和帮助飞行器支撑任务功能执行的“飞行器管理功能”，其中“飞行器管理功能”则包括：飞行控制、推力控制、惯导、发动机控制、大气数据、燃油系统、航路管理、综合导航、液压控制、健康监控等方面功能。现役飞行器采用联合式体系结构，关于飞行器平台管理的各项功能分布在各子系统(一子系统对应一种功能)中，如惯导装置、飞行控制系统、大气数据系统、发动机控制系统、导航系统、电源管理、燃油系统等，各子系统各自采用独立的计算机实现控制管理，子系统间相互独立，其客观存在的缺点是实现飞机平台管理的设备过多、重量大、体积大占用空间多、布线复杂、线缆重、维护成本高，子系统间信息综合程度低，不能最大程度的发挥飞行器平台的性能，无法优化飞行品质。同时各子系统内计算机微处理器能力有限、资源相互独立，飞行器平台不得不通过增加设备来实现新功能的扩充，但又受到了平台自身有限空间和承重负荷的限制，因此联合式结构严重抑制了飞行器平台自身的发展，更不利于向无人机系统应用。

发明内容

本发明提供了一种基于模块化结构的三余度容错计算机平台，旨在实现计算机系统综合化控制与管理，从处理器平台的角度出发构建一种基于模块化结构的三余度容错计算机平台系统，以克服联合式结构下的固有问题。

本发明的技术方案如下：

基于模块化结构的三余度容错计算机平台，主要由硬件结构相同、相互独立的三个功能通道和分别提供数字信号处理供电、模拟信号处理供电的两个电源模块构成，并采用物理集中方式集成在一个箱体内，所述两个电源模块内部均设置有分别为所述三个功能通道提供独立供电的三组二次电源电路；每个功能通道作为一台计算机，其内部均包含有采用开放式标准内总线实现交联的基板、主处理器模块和一个或多个功能模块，所述基板包含有基板资源处理器、专用数据交叉传输电路、电源监控电路、硬件同步指示电路、通道故障逻辑及硬件表决电路、高精度的模/数、数/模转换电路和满足用户需求足够数量的系统离散量输入/输出接口资源，所述主处理器模块采用工作主频不低于200MHz的处理器且具备FLASH存储器、SRAM存储器、非易失存储器，每个功能模块都具有独立的模块处理器；所述主处理器模块和功能模块加固于基板上。

上述三个功能通道采用物理集中电器隔离的方式分为三个独立的完整的外场可替换单元，每个功能通道集成在一个模块中并采用金属壳体封装；这样，计算机平台内部电路功能的高密集成化并配合集中式的物理结构使得整机在物理空间方面具有明显优势，满足了机载产品小型化的较高需求。

上述开放式标准内总线为标准PCI总线，主处理器模块和功能模块符合PMC规范。

上述基板由主基板和从基板组成，从基板通过局部总线与主基板连接，所述高精度的模/数、数/模转换电路设置于从基板上。

上述基板资源处理器选择DSP芯片，所述模块处理器选择DSP芯片。

考虑到安装空间有限，上述功能模块一般不超过三块。

考虑到各个存储器的容量最好足够大以满足更高需求，所以上述FLASH存储器的容量不低于64Mbytes，SRAM存储器容量不低于128Mbytes，非易失存储器的容量不低于32kbytes。

上述提供数字信号处理供电的电源模块选择+5V电源，提供模拟信号处理供电的电源模块选择±15V电源。

本发明的优点在于以下几个方面：

1、模块化组成：原联合式航电体系结构下机载计算机内部也采用了功能模块化的设计思路，但其模块间的通讯互联是采用非开放式的专用总线实现，各个功能模块的可替换性及配置能力较弱几乎不存在易采购性，无法平滑实现产品功能、性能的升级扩展。三余度容错计算机从电源、功能通道到其内部功能资源电路均采用模块化设计便于故障的隔离和定位，功能通道内部采用工业标准总线实现模块的互联充分支持了功能资源的可配置性和易采购性，并利于性能的升级扩展；

2、安全性/可靠性：原机载计算机也采用有双余度或4余度的容错结构，但双余度结构在机载控制系统中主要基于“故障/安全”的工作机制，4余度容错结构虽然可靠性较高但需要克服首次“歧异故障”(即双双比较不一致)的决策问题且开发周期较长。三余度容错计算机内部完全三余度的计算体系结构其“一次故障工作”的容错能力可满足多数飞行器的安全性/可靠性需求，不存在首次“歧异故障”问题；