車炯暉 劉夏青 吳斌

摘要：在航空電子系統(tǒng)中，機電系統(tǒng)是飛機的重要組成部分之一，本文通過提出一種雙余度通道切換邏輯，實時工作中按照該策略設(shè)定當前計算機通道健康分數(shù)，根據(jù)健康分數(shù)進行主備系統(tǒng)切換工作，有效提升了機電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源共享能力和容錯重構(gòu)能力。

關(guān)鍵詞：機電系統(tǒng);健康分數(shù);主備系統(tǒng)

中圖分類號： TP391? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）08-0193-02

Abstract： Utility system is one of most important part of aircraft in avionics system.this paper proposes a dual redundancy channel switching logic. According to the strategy， the current computer channel health score is set in real-time work， and the active and standby systems are switched according to the health score， which effectively improves the data resource sharing ability and fault-tolerant reconstruction of the utility system ability.

Key words： utility system;health score;active and standby system

航空機電系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，為提高系統(tǒng)的可靠性及容錯能力，通常采用雙余度技術(shù)滿足使用要求。雙余度設(shè)計主要基于“雙功能通道+BIT電路+切換邏輯”的方式。本文主要介紹一種雙余度計算機的工作通道切換邏輯，該策略通過獨立于CPU的切換策略來對產(chǎn)品功能通道進行打分，CPU通過通道的分值來確定主備通道的切換。同時，當CPU程序跑飛時，通過看門狗叫信號，可以實現(xiàn)整機的主備切換。

1 通道切換管理策略

通道故障切換主要由兩個部分組成，打分機制和得權(quán)機制。其中，打分機制針對通道的故障情況進行打分。由于機電管理計算機對于重要的控制通道都是雙余度設(shè)計。因此，對于同一個被控對象有兩路輸出和BIT電路。而打分機制對于無故障情況打健康分滿分10分，對BIT電路故障，但不影響控制通道輸出的打健康分7分，對于控制通道故障的打健康分2分，對于控制通道和BIT通道均故障的打健康分0分。對于機上重要控制信號按照上述方法建立打分表。同時，處理器故障采用一票否決制，健康分總分直接清0。

得權(quán)機制可以分為搶權(quán)機制和放權(quán)機制兩種。對于搶權(quán)機制來說，可能會存在由于信道故障引發(fā)的雙通道同時搶奪控制權(quán)的可能，因此不建議使用。本文采用放權(quán)機制，當工作通道認為自己通道打分低于備份通道時，主動將控制權(quán)交給備份通道。

2 通道切換邏輯及其互鎖的實現(xiàn)

如圖1所示，左邊表示A機某重要控制信號通路的通道切換邏輯，右邊表示B機某重要控制信號的通道切換邏輯。其中，自鎖信號為0時表示本通道鎖定，不予使用。BIT位根據(jù)對本通道的打分選擇寫1還是寫0。控制位用于在CPU故障時，整機切換時使用，且一旦發(fā)生了CPU故障且發(fā)生了切換，A通道將在本次飛行任務(wù)中永久禁止使用。

2.1 通道切換邏輯的上電工作序列

通道切換邏輯上電執(zhí)行的步驟如下：

1）上電開始，控制位和BIT位被初始化成0，這時雙機該通道都為鎖定狀態(tài)。

2） 程序初始化時讀取機位號，向A機控制位寫1，A機BIT位寫1;向B機控制位寫0，BIT位寫1。這時A機該通道自鎖信號為1（A機該通道使能），B機為0（B機該通道被鎖定）。

3）向A機該通道控制位寫1， BIT位寫1;向B機該通道控制位寫1，BIT位寫1（使能切換）。

2.2 通道切換邏輯在通道發(fā)生故障時的切換策略

假設(shè)A機該通道發(fā)生了故障，通過雙機信道獲得B機該通道的打分情況來做出判斷：

1） 如果B機為滿分10分且A機為7分，則向上位機報告A機故障情況，A機繼續(xù)工作，同時B機準備輸出該通道控制指令，保證在接收到通道切換指令時可以做到無縫切換。

2） 當A通道得分為2分或者0分時，則通知上位機，同時告知B通道輸出控制指令，然后向A通道BIT位寫0，則B通道則可以無縫切換得到控制權(quán)。

3）另外，當A通道得分為2分時，A通道控制通路已經(jīng)失效，僅留存BIT電路正常，A機周期性的通過信道將BIT信息發(fā)給B機，作為B機該通道的備份BIT。

2.3 通道切換邏輯在整機發(fā)生異常時的切換策略

當上電時A通道故障或者由于供電異常導致A通道機電管理計算機沒有上電時，由于互鎖信號進行了下拉，B通道將自動被使能。同時，B機上報上位機A機不存在或者存在異常。

假設(shè)當A通道在運行時CPU跑飛，則看門狗叫信號會自動將所有通道的控制位寫0，則此時A機整機被禁止，B機開始接管所有控制命令。同時，B機將上報上位機A機發(fā)生了異常。

2.4 通道切換邏輯在雙機信道異常時的處理策略

當A機和B機之間的信道存在異常時，每個機電管理計算機都無法獲得他機的通道打分情況，則向上位機報告雙機信道故障，并通過上位機獲得他機的通道打分情況。然后根據(jù)上位機下發(fā)的打分情況選擇使能或者禁止對應(yīng)通道。

2.5 單機與上位機信道異常時的處理策略

假設(shè)當A機與上位機通信中斷，上位機將向B機發(fā)送與A機通信故障。此時B機將通過與A機互通的信道獲得A機準備上發(fā)的數(shù)據(jù)并代為轉(zhuǎn)發(fā)給上位機。同時上位機會將準備下發(fā)給A機的信息發(fā)給B機，由B機轉(zhuǎn)發(fā)給A機。A機和B機仍能根據(jù)打分情況使能和禁止對應(yīng)通道。

3 結(jié)束語

本文通過與上位機的通信信道、交叉?zhèn)鬏斝诺篮屯ǖ狼袚Q邏輯，實現(xiàn)了一種具有數(shù)據(jù)資源共享和容錯重構(gòu)的雙余度機電系統(tǒng)。在產(chǎn)品部分功能或通信信道功能喪失時，可以有效地進行系統(tǒng)的架構(gòu)重組，保證了重要控制信號的可靠性和安全性，對機電系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻：

[1] 王梅，姬進.雙余度信號容錯處理與故障注入方法[J].電子科技，2013，26（6）：40-41，63.

[2] 孫波，石鑫.非相似余度計算機的研究[J].裝備制造技術(shù)，2015（4）：257-259.

[3] 程俊強，楊菊平.多余度飛控計算機通道故障邏輯技術(shù)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（10）：43-46.

[4] 常博博，趙剛.一種雙余度計算機通道切換策略[J].信息通信，2017，30（5）：66-67.

[5] 章鶴，張楨.機載供電系統(tǒng)處理機余度管理技術(shù)研究[J].信息通信，2017，30（9）：42-44.

[6] 周雨田，初源良，王杰.雙機雙控容錯系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[J].東北電力技術(shù)，2001，22（9）：35-38.

[7] Department of Defense. MIL-STD-1760E：Aircraft/store electrical interconnection system[S].U.S.：department of Defense， 2007.

【通聯(lián)編輯：唐一東】