CN107005446A - 具有冗余ccdl的双通道架构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞行器的飞行控制***，该飞行控制***包括：第一处理单元(1)，第二处理单元(2)，通信装置，该通信装置被配置成在第一处理单元(1)与第二处理单元(2)之间建立第一双通道数字链路(3)和第二双通道数字链路(4)，第二链路(4)相对于第一链路(3)冗余，第一链路(3)和第二链路(4)可以同时激活，***还包括备用通信装置，该备用通信装置在第一链路(3)和第二链路(4)发生故障的情况下实现第一处理单元(1)与第二处理单元(2)之间的数据交换，所述备用通信装置包括传感器或致动器阵列(13)和/或用于航空电子设备(14)的安全机载网络。

Description

具有冗余CCDL的双通道架构
技术领域
本发明的目的在于一种用于飞行器的飞行控制***，该飞行控制***包括两个处理单元或计算机并且形成双通道架构。
该***更特别地适用于小尺寸发动机，例如，直升机的发动机。
背景技术
用于装配飞行器(诸如，现有的飞机或直升机)的机载飞行控制***执行用于控制和调节飞行器的发动机的功能，以确保飞行器的发动机正常运行。这些功能对于乘客的安全而言至关重要。因此，这样的***必须是故障安全***。
为此，现有的飞行控制***通常包括两个处理单元或计算机，每个处理单元或计算机均能够确保发动机正常运行。因此，这样的***形成双通道架构，其中，每个通道均能够确保在另一通道发生故障的情况下执行所述至关重要的功能。
为了确定是否应该执行这些功能，每个处理单元应当能够与控制***的另一处理单元交换信息，特别是能够交换与所述另一处理单元的健康状况相关的信息。为此，两个处理单元通常都通过双向数字链路或两个方向相反的单向链路(诸如，CCDL(交叉信道数据链路)链路)来进行连接。
为了加强这种飞行控制***的故障安全性质，可以将控制***的处理单元分离成两个远程壳体，以使得所述处理单元在地理上彼此分离，从而降低所述处理单元对外部攻击的敏感性。此外，为了使控制***能够抵抗处理单元之间的数据链路故障，处理单元可以通过形式为几个离散模拟链路的附加链路来进行连接，对于民用全权限数字式发动机控制(FADEC)而言，在数量上可以达到二十个离散模拟链路。然而，链路数量的增大会增加这些链路之一发生故障的概率，并且会增大布线体积，从而难以开发出紧凑的飞行控制***。虽然飞行控制***仅是用于控制诸如客机之类的大型飞机的发动机的附件，但是在小型飞机的发动机(例如，直升机的发动机)的情况下，这种紧凑性对于容纳总尺寸而言是根本的。
因此，需要一种使得布线量最小化同时能够抵抗故障和外部干扰的具有双通道架构的控制***。
发明内容
因此，根据第一方面，本发明涉及一种飞行器的飞行控制***，其包括：
-第一处理单元，
-第二处理单元，
-通信装置，其被配置为在第一处理单元和第二处理单元之间建立第一双向数字链路和第二双向数字链路，
所述第二链路相对于第一链路是冗余的，并且所述第一链路和所述第二链路能够同时激活，
所述***还包括备用通信装置，该备用通信装置能够在第一链路和第二链路发生故障的情况下确保第一处理单元和第二处理单元之间的数据交换，
所述备用通信装置包括传感器或致动器的网络和/或用于航空电子设备的机载安全网络。
通过该***的处理单元的冗余性和该***的通信装置的冗余性以及通过使得通信链路的数量最小化，同时通过使得该***的体积减小，该***具有较强的抗故障性。此外，备用通信装置能够避免双通道***彻底成为盲点以及避免两个处理单元之间的通信被切断。最后，使用这样的网络来在处理单元之间交换信息片段能够增大处理单元之间的通信装置的冗余水平并且能够确保飞行控制***安全运行，而不需要将专用于处理单元之间的通信的附加通信装置设置在适当的位置。
根据有利且非限制性的特征，第一链路和第二链路可以是CCDL(“交叉通道数据链路”)链路。
这种链路尤其能够使处理单元交换相对于通过公知***的离散模拟链路交换的健康状况信息而言更复杂的健康状况信息，同时能够限制布线的体积。
用于航空电子设备的机载安全网络可以是例如AFDX(“航空电子全双工交换式以太网”)或μAFDX类型的冗余以太网网络。
根据有利的和非限制性的特征，根据第一方面的控制***的每个处理单元都包括用于验证通过每个链路所接收的数据的完整性的装置。
这能够确保所接收的数据在其传输期间没有被破坏。
此外，每个处理单元可以包括用于在数据既通过第一链路又通过第二链路被传输之后，验证通过第一链路所接收的数据与通过第二链路所接收数据的一致性的装置。
这能够加强对处理单元之间交换的数据的变化的***检测能力，并且因此使飞行控制***的故障概率最小化。
此外，根据第一方面的飞行控制***的通信装置可以被配置成将与第一处理单元的健康状况相关的数据从第一处理单元发送至第二处理单元，根据第一方面的所述***还包括用于根据所发送的与第一处理单元的健康状况相关的数据以及与第二数据处理单元的健康状况相关的数据来从第一处理单元和第二处理单元中选择用于控制飞行器的发动机的处理单元。
这种数据交换允许每个处理单元都能够得知其他处理单元的健康状况，以便保证具有最佳健康的通道始终确保对发动机进行控制。
附图说明
在阅读了下面的对实施例的描述之后，其他特征和优点将变得明显。将参考附图给出该描述，其中：
-图1示意性地示出了根据本发明实施例的飞行控制***；
-图2示意性地示出了根据本发明实施例的用于在飞行控制***的两个处理单元之间建立两个CCDL链路的硬件装置；
-图3示意性地示出了根据本发明实施例的飞行控制***的每个处理单元的CCDL模块的物理隔离；
-图4示意性地示出了根据本发明实施例的处理单元的、用于建立两个CCDL链路的硬件装置的分离。
具体实施方式
图1所示的本发明的一个实施例涉及飞行器的飞行控制***，该飞行控制***包括至少一个第一处理单元1和第二处理单元2。这两个处理单元都是冗余的，并且各自可以执行用于控制和调节飞行器的发动机的功能。如图1所示的***形成包括通道A和通道B的双通道架构。
处理单元1和处理单元2可以是同一个包括几个处理器的多处理器计算机***的处理器。为了加强飞行控制***对外部攻击的抵抗力并且避免单个局部事件可能破坏处理单元1和2两者，两个通道可以彼此相距一定距离地安装在独立的壳体中。在这样的配置中，处理单元不是单个处理器内的集成执行核心。
该***还包括通信装置，该通信装置使得两个处理单元能够连接，以便允许对于每个处理单元的正确运行而言所必需的数据交换(诸如，关于相对的处理单元的健康状况的信息片段)。
该双通道***与公知***的区别在于，通信装置被配置成在第一处理单元1与第二处理单元2之间建立第一双向数字链路3和第二双向数字链路4。与公知***不同的是，该***在两个处理单元之间不包括任何离散链路，这能够限制其布线的复杂度并且能够限制通信链路之一发生故障的概率。
第二链路4相对于第一链路3冗余，以便在第一链路3发生故障的情况下能够确保两个处理单元之间进行通信。从两个处理单元之间的信息交换的观点来看，这种冗余性保证了该***具有与公知***所表现出的安全级别相同的安全级别。
此外，第一链路和第二链路可以同时激活。因此，与通常只在第一链路发生故障的情况下才使用冗余链路的公知***不同的是，该飞行控制***在正常运行(即，两个链路之一均没有发生故障的情况下)期间可以同时使用第一链路3和第二链路4，并且可以通过同时使用这两个链路来验证两个处理单元之间所交换的数据不存在损坏。
第一处理单元1和第二处理单元2可以使用协议以太网IEEE 802.3或HLDC或SDLC或具有用于检测或纠正错误的功能的任何其他协议来经由链路3和链路4两者来彼此通信。以太网链路尤其能够通过应用数据完整性控制的机制和流控制的机制来确保高性能、极大的环境鲁棒性，特别是确保抗雷电和电磁兼容性(“CEM”)和高功能鲁棒性。此外，所述以太网协议是与航空电子通信技术(例如，AFDX(“航空电子设备全双工交换式以太网”)或μAFDX)和维修相一致的工业标准。
第一链路和第二链路可以是CCDL(“交叉通道数据链路”)链路。这样的链路允许每个应用的同步精度达到小于100微秒。这种链路还使得能够交换通过硬件或软件所构建的健康状况信息、对***有用的信息片段(捕获，状态等等)以及操作***(OS或“操作***”)的功能数据或应用***(AS或“应用***”)的功能数据，而不是交换类似于公知***中的离散数据。
图2示出了这两个处理单元A和B之间的这种CCDL链路。每个处理单元1、2可以包括***，例如，片上***(SoC)，或者由微处理器和独立的壳体或FPGA卡中实现的***设备组成的***5a、5b，所述***5a、5b包括用于建立第一CCDL链路3的第一CCDL模块(CCDLA)6a、6b，以及用于建立第二CCDL链路4的第二CCDL模块(CCDLB)7a、7b。由于每个CCDL链路具有自身的模块，因此增强了每个CCDL链路的独立性，并且从而减少了两个CCDL链路同时发生故障的概率。每个CCDL模块可以经由硬件接口Phy 8a、8b、8c、8d和变压器9a、9b、9c、9d连接至该CCDL模块的壳体的输入/输出接口。
如图3所示，每个处理单元的CCDL模块可以通过设置在***5a、5b上远离彼此的不同位置处(例如，通过将它们中的每一个设置在***的角落处)而实现物理分离。可替代地，这些CCDL模块可位于不同的芯片上。这使得能够在改变SEU(“单事件振荡”)或MBU(“多位翻转”)类型的情况下减小同时发生故障的概率。
根据第一替代方案，每个***5a、5b由单独的电源供电。根据第二替代方案，如图4所示，除了整个片上***公用的电源15(“电源”)之外，每个片上***可以使用两个不同的时钟信号11和12供电。因此，尽管每个处理单元的CCDL模块不是独立供电的，但是所述每个处理单元的CCDL模块可以使用独立的时钟进行供电，这通过防止CCDL模块之一的时钟故障对其他CCDL模块造成影响，来增强了片上***的故障安全性质。
每个处理单元的CCDL模块可以借助于本地实时时钟机制(HTR或RTC“实时时钟”)10a、10b以及借助于同步机制(例如，同步窗口机制)来进行同步。因此，在同步丢失的情况下，每个处理单元可以通过其本地时钟来运行，然后在接收到有效信号之后再次进行同步。本地时钟机制可以通过应用程序进行编程，并且其编程被保护以免改变SEU(“单事件翻转”)或MBU(“多位翻转”)类型。然而，即使在没有同步的情况下或在丢失时钟的情况下，CCDL链路仍然可以继续操作。
该***还可以包括备用通信装置，该备用通信装置能够确保第一处理单元和第二处理单元之间进行数据交换，并且专门用在第一链路和第二链路发生故障的情况下，用于避免处理单元之间的通信被切断。
在图1所示的第一实施例中，这些备用通信装置可以包括传感器或致动器的网络13。这种传感器或致动器的网络可以作为示例并且可以是智能传感器或致动器(“智能传感器”，“智能致动器”)的网络。然后可以经由RS-485型的总线将每个处理单元连接至该网络13，从而使得不再以模拟方式而是以数字方式来传输信息。
在图1所示的第二实施例中，这些备份通信装置包括用于航空电子设备14的机载安全网络。作为示例，这种机载安全网络可以是诸如AFDX(“航空电子全双工交换以太网”)或μAFDX的冗余以太网网络。这样的网络提供了用于共享资源、用于流的隔离以及用于航空认证的所需的确定性和可用性的手段。
相对于现有***的多个离散链路上传输的离散模拟信号而言，由于处理单元之间经由两个双向链路传送的数字信号对扰动更敏感，所以用于对两个远程处理单元之间传输的数据进行完整性控制和一致性控制的机制可以设置到位。
因此，每个处理单元可以包括用于验证经由每个双向链路所接收的数据的完整性的装置。为了验证所接收到的数据的完整性，可以对每个接收到的帧的各个字段进行验证，特别是对以太网链路而言，对与目的地址相关的字段、与源地址相关的字段、与帧的类型相关的字段、与帧的长度相关的字段、与MAC数据相关的字段以及与填充数据相关的字段进行验证。如果帧的长度与帧长度字段中的指定长度不一致或者如果字节不是整数，则可以认为该帧是无效的。如果在接收到帧时所计算的冗余校验(CRC，“循环冗余校验”)由于例如因传输时的干扰导致的错误而与所接收的CRC不对应，则也可以认为该帧是无效的。
此外，每个处理单元可以包括用于既通过第一链路3又通过第二链路4传输数据之后对通过两个链路所接收的数据的一致性进行验证的装置，这两个链路在所传送的帧不存在故障或损坏的情况下必须传送相同的信息。
为了能够确保对飞行器的发动机进行控制，飞行控制***必须通过委托两个通道中的一个来执行控制。为此，每个处理单元应该知道相对的处理单元的健康状况。为此，***的通信装置被配置成将与第一处理单元的健康状况相关的数据从第一处理单元传送至第二处理单元，反之亦然。
这样的健康数据是使得能够进行通道选择并且使得能够建立全***诊断的数据。这些数据可以是：CCDL诊断数据、通道切换逻辑所需的信号、操作***或应用的状态的数据、硬件诊断数据(特别是，传感器或致动器的诊断数据)、由软件获得的功能诊断数据等等。
飞行控制***可以包括选择装置，该选择装置用于根据与第一处理单元的健康状况相关的数据和与第二处理单元的健康状况相关的数据来从第一处理单元和第二处理单元中选择用于控制飞行器的发动机的处理单元，从而能够确保飞行控制***的进行更好的运行。

Claims (6)

1.一种飞行器的飞行控制***，包括：
-第一处理单元(1)，
-第二处理单元(2)，
-通信装置，其被配置成用于在所述第一处理单元(1)与所述第二处理单元(2)之间建立第一双向数字链路(3)和第二双向数字链路(4)，
所述第二链路(4)相对于所述第一链路(3)是冗余的，
其中，所述第一链路(3)和所述第二链路(4)能够同时激活，
所述***还包括备用通信装置，所述备用通信装置能够在所述第一链路(3)和所述第二链路(4)发生故障的情况下，确保在所述第一处理单元(1)与所述第二处理单元(2)之间进行数据交换，
所述备用通信装置包括传感器或致动器网络(13)和/或用于航空电子设备的机载安全网络(14)。
2.根据权利要求1所述的飞行控制***，其中，所述第一链路(3)和所述第二链路(4)是CCDL(交叉通道数据链路)链路。
3.根据任一前述权利要求所述的飞行控制***，其中，所述机载安全网络(14)是AFDX(航空电子全双工交换式以太网)或μAFDX类型的冗余以太网网络。
4.根据任一前述权利要求所述的飞行控制***，其中，每个处理单元(1，2)包括用于验证通过每个链路(3，4)所接收的数据的完整性的装置。
5.根据任一前述权利要求所述的飞行控制***，其中，每个处理单元(1，2)包括用于在既通过所述第一链路(3)又通过所述第二链路(4)传输了数据之后，对通过所述第一链路(3)接收的数据和通过所述第二链路(4)接收的数据的一致性进行验证的装置。
6.根据任一前述权利要求所述的飞行器的飞行控制***，其中，所述通信装置被配置成用于将与第一处理单元(1，2)的健康状况相关的数据从所述第一处理单元(1，2)发送至第二处理单元(2，1)，所述***包括用于根据所传输的与所述第一处理单元的健康状况相关的数据以及与所述第二处理单元(2，1)的健康状况相关的数据来从所述第一处理单元(1，2)和所述第二处理单元(2，1)中选取用于对所述飞行器的发动机进行控制的处理单元的装置。
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