CN114489584A - 一种基于arinc653规范的机电核心处理机软件架构 - Google Patents

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CN114489584A CN202111672735.5A CN202111672735A CN114489584A CN 114489584 A CN114489584 A CN 114489584A CN 202111672735 A CN202111672735 A CN 202111672735A CN 114489584 A CN114489584 A CN 114489584A
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Abstract

本申请属于软件架构设计技术领域，为一种基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，包括功能应用层、IO数据服务层、操作***层和驱动支持层，通过这种解耦合的方式，各个分区之间的功能相互独立，支持应用软件与硬件***的有效隔离，通过标准操作接口实现应用功能层的网络无关性和平台无关性；软件***的不同层次之间定义标准的接口，实现软件可扩展、易移植、易维护；采用配置文件和支持配置的软件组件实现总线数据的收发，将所有的内外部数据交换通过配置文件进行维护，实现总线数据收发软件与接口控制文件的解耦；应用层按功能进行分区划分，分区间相互独立，各分区软件独立开发、独立加载、独立测试，可按需扩展，自由度高、适应性强。

Description

一种基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构
技术领域
本申请属于软件架构设计技术领域，特别涉及一种基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构。
背景技术
飞机机电***包括电源***，燃油***，液压***，起落架***，环控***等数十个子***。现代飞机采用分布式架构结合机电***综合控制管理技术，通过区域控制器结合大闭环核心控制的方式实现机电各***的综合控制。机电核心处理机是机电综合控制核心，负责实现机电***的综合控制、显示、告警、综合管理、总线服务、状态监测等功能。
传统的机电***软件没有统一的软件架构，应用软件与硬件、操作***以及底层软件之间有着非常强的耦合关系，软件更改升级影响面广，维护成本很高。而且由于不同型号间硬件设备的选型以及操作***的选择不同，机电核心处理软件往往没有继承性，需要从头研制，大大增加软件设计师工作量。随着机电***管理高度综合化的设计需求，机电核心处理机软件规模日益增大，非常需要设计一种开放式、模块化的软件架构，通过提高***软件重用性和可移植性的方式降低***软件的研制成本和周期。
发明内容
本申请的目的是提供了一种基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，以解决现有技术中软件与硬件之间耦合关系强、更改影响大、维护成本高的问题。
本申请的技术方案是：一种基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，包括功能应用层驻留在应用层，用于实现各机电***的控制、告警、显示功能逻辑解算；IO数据服务层驻留在应用层，设有配置文件模块，用于基于配置表驱动的软件开发方式实现分区间通讯和外部数据通讯；操作***层包括操心操作***和分区操作***；所述核心操作***驻留在核心层内，用于管理硬件资源访问、分区资源管理和分区调度；所述分区操作驻留于各分区中，用于向上层提供操作***功能结构，实现任务调度、内存管理、同步与互斥操作；驱动支持层驻留于核心操作***，用于适配底层硬件驱动、向IO数据服务层提供统一的外部数据通信接口、向IO数据服务层提供接口定义软件；所述功能应用层、IO数据服务层、操作***层、驱动支持层中任意两个分区之间功能解耦。
优选地，所述功能应用层内设置有多个***功能分区，每个***功能分区内执行的功能均不相同，各机电***的控制、告警、显示功能逻辑解算功能分别设于不同的***功能分区内。
优选地，设于所述功能应用层内的分区操作***设有时间隔离模块和空间隔离模块，所述时间隔离模块能够对不同的***功能分区进行时间隔离，所述空间隔离模块能够对不同的***功能分区进行空间隔离；所述功能应用层内设有功能扩展单元，所述功能扩张单元能够添加新的***功能分区。
优选地，所述IO数据服务层包括接口配置模块和消息封装模块，所述接口配置模块内存储有不同类型的接口配置文件，位于IO数据服务层内的软件根据不同的消息内包含的信息将对应的配置文件调入到对应的接口处，实现IO数据服务层与对应的连通；所述消息封装模块能够对总线接口控制文件定义的消息格式进行封装、并转换为应用层数据结构，依据配置文件中消息的分区属性建立各功能分区软件接口数据结构定义，并将数据通过分区间通讯接口分发给对应的***功能分区。
优选地，所述核心操作***包括分区管理模块、进程管理模块、时间管理模块、通讯管理模块和健康管理模块；所述分区管理模块用于各分区的管理与调度，所述进程管理模块用于各分区的消息进程管理，所述时间管理模块用于功能应用层、IO数据服务层、操作***层和驱动支持层的时间同步，所述通讯管理模块用于各分区通讯的管理与调取，所述健康管理模块用于各分区的健康监控。
优选地，所述驱动支持层包括总线驱动模块和硬件驱动模块；所述总线驱动模块用于提供总线驱动和设备驱动管理接口功能，实现设备的外部通讯；所述硬件驱动模块用于适配底层硬件驱动，供功能应用层的软件进行使用。
本申请的一种基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，包括功能应用层、IO数据服务层、操作***层和驱动支持层，通过这种解耦合的方式，各个分区之间的功能相互独立，支持应用软件与硬件***的有效隔离，通过标准操作接口实现应用功能层的网络无关性和平台无关性；软件***的不同层次之间定义标准的接口，最大程度提高模块复用性，实现软件可扩展、易移植、易维护；采用配置文件和支持配置的软件组件实现总线数据的收发，基于接口控制文件将所有的内外部数据交换通过配置文件进行维护，实现总线数据收发软件与接口控制文件的解耦；应用层按功能进行分区划分，分区间相互独立，各分区软件独立开发、独立加载、独立测试，可按需扩展，自由度高、适应性强。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请整体结构示意图。
1、功能应用层；2、IO数据服务层；3、操作***层；4、驱动支持层。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，包括功能应用层1、IO数据服务层2、操作***层3和驱动支持层4四个功能分区，对四个功能分区进行解耦，任意两个分区之间的通讯通过调用对应的配置文件来实现，这样各个功能分区在工作时互不干扰，以提高运行的效率。
功能应用层1驻留在应用层，用于实现各机电***的控制、告警、显示功能逻辑解算；IO数据服务层2驻留在应用层，设有配置文件模块，用于基于配置表驱动的软件开发方式实现分区间通讯和外部数据通讯；操作***层3操作***采用基于ARINC653的具有时空分区功能的国产天脉2操作***，包括操心操作***和分区操作***；所述核心操作***驻留在核心层内，用于管理硬件资源访问、分区资源管理和分区调度；所述分区操作驻留于各分区中，用于向上层提供操作***功能结构，实现任务调度、内存管理、同步与互斥操作；驱动支持层4驻留于核心操作***，用于适配底层硬件驱动、向IO数据服务层2提供统一的外部数据通信接口、向IO数据服务层2提供接口定义软件。
在不运行时，各个分区之间互不连通，在处理一条外部消息时，驱动支持层4内通过内部的总线接收外部信息，核心操作***接收到此消息内容，根据此消息的区分属性控制IO数据服务层2内的分区操作***调用相应的配置文件，实现IO数据服务层2和驱动支持层4的连通，驱动支持层4内的总线将数据发送至IO数据服务层2，分区操作***再次调用配置文件实现IO数据服务层2与功能应用层1之间的连通，IO数据服务层2将该数据发送至功能应用层1，功能应用层1接收此消息并调用相应的软件、操作***层3调用相应的硬件来处理此信息，信息处理完成后，再通过总线发出，该信息处理完成后，各分区再次分离，直至处理下条消息。
对于需要发送至外部总线的数据：各***功能分区完成功能解算后将数据更新至输出接口数据结构中，发送至IO数据服务分区，IO数据服务分区软件接收到数据后根据接口控制文件完成消息封装，将数据更新至最终的待发送数据结构中并完成数据发送。
通过这种解耦合的方式，各个分区之间的功能相互独立，也即是实现了模块化，支持应用软件与硬件***的有效隔离，通过标准操作接口实现应用功能层的网络无关性和平台无关性；软件***的不同层次之间定义标准的接口，最大程度提高模块复用性，实现软件可扩展、易移植、易维护；采用配置文件和支持配置的软件组件实现总线数据的收发，基于接口控制文件将所有的内外部数据交换通过配置文件进行维护，实现总线数据收发软件与接口控制文件的解耦；应用层按功能进行分区划分，分区间相互独立，各分区软件独立开发、独立加载、独立测试，可按需扩展，自由度高、适应性强。
同时，在任意分区发生故障时，由于各个模块之间互不干扰，不会影响其它的分区，实现了故障的隔离和维护的便捷性。
优选地，功能应用层1内设置有多个***功能分区，每个***功能分区内执行的功能均不相同，各机电***的控制、告警、显示功能逻辑解算功能分别设于不同的***功能分区内。
当同时处理多条不同的消息时，操作***层3将不同的消息发送至不同的***功能分区内，各个功能分区同时运行，有效提高***运行的效率。
优选地，设于功能应用层1内的分区操作***设有时间隔离模块和空间隔离模块，时间隔离模块能够对不同的***功能分区进行时间隔离，空间隔离模块能够对不同的***功能分区进行空间隔离；功能应用层1内设有功能扩展单元，功能扩张单元能够添加新的***功能分区。
通过设置时间隔离模块和空间隔离模块，能够有效保证各个***功能分区在同时运行和单独运行时均不会受到干扰，工作稳定，通过设置功能扩张单元，实现***的按需扩展，自由性更高。
优选地，IO数据服务层2包括接口配置模块和消息封装模块，接口配置模块内存储有不同类型的接口配置文件，位于IO数据服务层2内的软件根据不同的消息内包含的信息将对应的配置文件调入到对应的接口处，实现IO数据服务层2与对应的连通；
消息封装模块能够对总线接口控制文件定义的消息格式进行封装、并转换为应用层数据结构，依据配置文件中消息的分区属性建立各功能分区软件接口数据结构定义，并将数据通过分区间通讯接口分发给对应的***功能分区。
通过设置接口配置模块，对于不同类型的接口，通过调用配置文件的方式来实现对应分区的连通，通过有限的接口实现多种通讯方式的快速连通；通过设置消息封装模块，消息只需要在***功能分区进行解析，其它区域仅进行封装消息的传输，这样就大幅提高了消息传输的效率。
优选地，核心操作***包括分区管理模块、进程管理模块、时间管理模块、通讯管理模块和健康管理模块；分区管理模块用于各分区的管理与调度，进程管理模块用于各分区的消息进程管理，时间管理模块用于功能应用层1、IO数据服务层2、操作***层3和驱动支持层4的时间同步，通讯管理模块用于各分区通讯的管理与调取，健康管理模块用于各分区的健康监控，将多种功能集中在核心操作***内进行集中管理，运行高效。
其中核心操作***作为分区的管理者，负责核心操作***内的分区管理与调度、资源分配与管理。可配置组件作为操作***可裁剪的功能，由用户通过配置进行功能扩充；分区操作***驻留在每一个分区内，运行在用户态，提供分区内的任务调度和资源管理，分区内任务调度支持周期任务调度和基于优先级的抢占式任务调度。
优选地，驱动支持层4包括总线驱动模块和硬件驱动模块；总线驱动模块用于提供总线驱动和设备驱动管理接口功能，实现设备的外部通讯，实现包括总线初始化、总线数据接收、总线数据发送等基本功能接口；硬件驱动模块用于适配底层硬件驱动，供功能应用层1的软件进行使用，向IO数据服务层2提供标准的外部数据通信接口。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，其特征在于：包括
功能应用层(1)驻留在应用层，用于实现各机电***的控制、告警、显示功能逻辑解算；
IO数据服务层(2)驻留在应用层，设有配置文件模块，用于基于配置表驱动的软件开发方式实现分区间通讯和外部数据通讯；
操作***层(3)包括操心操作***和分区操作***；所述核心操作***驻留在核心层内，用于管理硬件资源访问、分区资源管理和分区调度；所述分区操作驻留于各分区中，用于向上层提供操作***功能结构，实现任务调度、内存管理、同步与互斥操作；
驱动支持层(4)驻留于核心操作***，用于适配底层硬件驱动、向IO数据服务层(2)提供统一的外部数据通信接口、向IO数据服务层(2)提供接口定义软件；
所述功能应用层(1)、IO数据服务层(2)、操作***层(3)、驱动支持层(4)中任意两个分区之间功能解耦。
2.如权利要求1所述的基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，其特征在于：所述功能应用层(1)内设置有多个***功能分区，每个***功能分区内执行的功能均不相同，各机电***的控制、告警、显示功能逻辑解算功能分别设于不同的***功能分区内。
3.如权利要求2所述的基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，其特征在于：设于所述功能应用层(1)内的分区操作***设有时间隔离模块和空间隔离模块，所述时间隔离模块能够对不同的***功能分区进行时间隔离，所述空间隔离模块能够对不同的***功能分区进行空间隔离；
所述功能应用层(1)内设有功能扩展单元，所述功能扩张单元能够添加新的***功能分区。
4.如权利要求2所述的基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，其特征在于：所述IO数据服务层(2)包括接口配置模块和消息封装模块，所述接口配置模块内存储有不同类型的接口配置文件，位于IO数据服务层(2)内的软件根据不同的消息内包含的信息将对应的配置文件调入到对应的接口处，实现IO数据服务层(2)与对应的连通；
所述消息封装模块能够对总线接口控制文件定义的消息格式进行封装、并转换为应用层数据结构，依据配置文件中消息的分区属性建立各功能分区软件接口数据结构定义，并将数据通过分区间通讯接口分发给对应的***功能分区。
5.如权利要求1所述的基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，其特征在于：所述核心操作***包括分区管理模块、进程管理模块、时间管理模块、通讯管理模块和健康管理模块；所述分区管理模块用于各分区的管理与调度，所述进程管理模块用于各分区的消息进程管理，所述时间管理模块用于功能应用层(1)、IO数据服务层(2)、操作***层(3)和驱动支持层(4)的时间同步，所述通讯管理模块用于各分区通讯的管理与调取，所述健康管理模块用于各分区的健康监控。
6.如权利要求1所述的基于ARINC653规范的机电核心处理机软件架构，其特征在于：所述驱动支持层(4)包括总线驱动模块和硬件驱动模块；所述总线驱动模块用于提供总线驱动和设备驱动管理接口功能，实现设备的外部通讯；所述硬件驱动模块用于适配底层硬件驱动，供功能应用层(1)的软件进行使用。
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