吳蓬勃

摘 要：該文闡述了進(jìn)行國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化、系列化研制和發(fā)展思路。機(jī)載標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)是在一定的架構(gòu)下通過(guò)不同的通用標(biāo)準(zhǔn)化模塊組合、軟件配置進(jìn)行多用途擴(kuò)展應(yīng)用的一類機(jī)載計(jì)算機(jī)。上世紀(jì)70年代， 美國(guó)為提高機(jī)載計(jì)算機(jī)的功能、性能、可靠性、保障性和安全性，在機(jī)載計(jì)算機(jī)的發(fā)展初期就著手通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)載計(jì)算機(jī)的研究工作。AN/AYK-14作為美軍的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載計(jì)算，在美國(guó)海軍和空軍作戰(zhàn)平臺(tái)中發(fā)揮了重要作用，是機(jī)載計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向?，F(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)機(jī)載裝備可靠性、保障性和安全性的高標(biāo)準(zhǔn)要求以及國(guó)外器件的斷檔、停產(chǎn)禁運(yùn)，要求我們必須立足國(guó)內(nèi)，探索一條適合國(guó)情的機(jī)載國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載計(jì)算機(jī)發(fā)展道路。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī) 通用 國(guó)產(chǎn)化

中圖分類號(hào)：V247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（b）-0006-02

機(jī)載標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)是在一定的架構(gòu)下通過(guò)不同的通用標(biāo)準(zhǔn)化模塊組合、軟件配置進(jìn)行多用途擴(kuò)展應(yīng)用的一類機(jī)載計(jì)算機(jī)。

上世紀(jì)70年代， 美國(guó)為提高機(jī)載計(jì)算機(jī)的功能、性能、可靠性、保障性和安全性，在機(jī)載計(jì)算機(jī)的發(fā)展初期就著手通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)載計(jì)算機(jī)的研究工作。AN/AYK- 14作為美軍的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載計(jì)算機(jī)[1]，在美國(guó)海軍和空軍作戰(zhàn)平臺(tái)中發(fā)揮了重要作用，是機(jī)載計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)和方向[2]。

現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)機(jī)載裝備可靠性、保障性和安全性的高標(biāo)準(zhǔn)要求以及國(guó)外器件的斷檔、停產(chǎn)禁運(yùn)，要求我們必須立足國(guó)內(nèi)，探索一條適合國(guó)情的機(jī)載國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載計(jì)算機(jī)發(fā)展道路。

1 機(jī)載計(jì)算機(jī)的典型架構(gòu)

機(jī)載電子系統(tǒng)經(jīng)歷了分布式、聯(lián)合式、綜合化發(fā)展階段，起于上世紀(jì)50～60年代的分布式系統(tǒng)，由于體積龐大、資源共享能力低、維護(hù)成本高等特點(diǎn)，很快的被聯(lián)合式所替代。

1.1 聯(lián)合式機(jī)載計(jì)算機(jī)的架構(gòu)

聯(lián)合式機(jī)載計(jì)算機(jī)是一個(gè)集中控制、分布執(zhí)行的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

相對(duì)于分布式，聯(lián)合式具有相對(duì)獨(dú)立、全機(jī)統(tǒng)一的調(diào)度和管理、采用模塊化軟件設(shè)計(jì)、便于維護(hù)和擴(kuò)充；采用1553B總線，簡(jiǎn)化了設(shè)備連接，減輕了系統(tǒng)體積和重量。但存在總線帶寬窄、硬件共享低、容錯(cuò)能力有限、標(biāo)準(zhǔn)化低等局限性。

1.2 綜合化機(jī)載計(jì)算機(jī)的架構(gòu)

綜合化機(jī)載計(jì)算采用層次化設(shè)計(jì)、用系統(tǒng)共享的綜合核心處理器（ICP）來(lái)完成幾乎全部的信號(hào)與數(shù)據(jù)處理，其功能分配在公共模塊上，這些模塊通用性強(qiáng)，可支持各種不同安全等級(jí)的應(yīng)用；可通過(guò)軟件配置實(shí)現(xiàn)功能的增減以滿足維護(hù)和余度備份要求，具有容錯(cuò)性強(qiáng)，資源共享，維護(hù)方便、易擴(kuò)展、低成本、體積小、重量輕、可靠性高的特點(diǎn)。機(jī)內(nèi)外通信基于無(wú)阻、實(shí)時(shí)的FC光纖交換網(wǎng)絡(luò)。

2 我國(guó)目前的硬、軟件基礎(chǔ)資源現(xiàn)狀

國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵元器件和軟件系統(tǒng)是機(jī)載嵌入式國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)的核心。國(guó)內(nèi)在機(jī)載計(jì)算機(jī)軟、硬件研發(fā)、制造及測(cè)試驗(yàn)證方面均具有一定基礎(chǔ)。

2.1 國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵電子元器件方面

對(duì)于阻、容等分立器件國(guó)內(nèi)具有大量成熟的器件和廠商；處理器、存儲(chǔ)器等關(guān)鍵器件國(guó)內(nèi)具有一定的研發(fā)能力。

國(guó)防科大一直致力于自主可控處理器的自主研發(fā)，已開(kāi)發(fā)出飛騰系列單、多核處理器，中科院已推出龍芯系列處理器，國(guó)微公司具有國(guó)外多種型號(hào)處理器的逆向替代研制能力。

2.2 軟件方面

機(jī)載計(jì)算機(jī)軟件一般由模塊支持層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用程序?qū)榆浖偷孛嬷С周浖M成。

模塊支持層主要包括板級(jí)BSP、設(shè)備驅(qū)動(dòng)及BOOT軟件；地面支持軟件包括軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)下載軟件和在板編程軟件；應(yīng)用軟件主要包含系統(tǒng)管理和任務(wù)管理軟件，各類軟件均需第三方測(cè)試。

操作系統(tǒng)是機(jī)載嵌入式國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)軟件中的關(guān)鍵所在，目前國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)主要有天脈、ReWorks、中標(biāo)麒麟等操作系統(tǒng)。

天脈操作系統(tǒng)包括天脈1型和天脈2型嵌入式操作系統(tǒng)，天脈1為平板式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)性高，配置簡(jiǎn)單，體積小，兼容VxWorks5.x接口等特點(diǎn)。天脈2為分區(qū)操作系統(tǒng)，主要用于多應(yīng)用任務(wù)系統(tǒng)，目前這兩款國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)已成為國(guó)產(chǎn)機(jī)載操作系統(tǒng)的主力。

2.3 國(guó)產(chǎn)器件的應(yīng)用驗(yàn)證能力

國(guó)產(chǎn)軟、硬件測(cè)試以及軟硬件適配測(cè)試驗(yàn)證，對(duì)于產(chǎn)品的性能具有舉足輕重的影響。我國(guó)具有專門的從事機(jī)載計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)研制和綜合測(cè)試驗(yàn)證的部門，具有一定的國(guó)產(chǎn)整機(jī)系統(tǒng)研發(fā)和系統(tǒng)綜合測(cè)試能力基礎(chǔ)，能夠肩負(fù)起國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載計(jì)算機(jī)的系列化集成研制和綜合測(cè)試驗(yàn)證的重任。

3 發(fā)展思路

國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)載計(jì)算機(jī)的自主研制，要在協(xié)同國(guó)內(nèi)軟、硬件發(fā)展的基礎(chǔ)上，立足國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，合理規(guī)劃、按步奏協(xié)調(diào)發(fā)展、逐步拓展。

3.1 科學(xué)規(guī)劃

針對(duì)裝備階段性需求，立足國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)。根據(jù)機(jī)載計(jì)算機(jī)的不同應(yīng)用、功能、性能、特定使用要求、國(guó)產(chǎn)器件的成熟度、研制進(jìn)度制定研制計(jì)劃；按不同的整機(jī)、功能模塊、國(guó)產(chǎn)化率、功能、性能指標(biāo)特點(diǎn)分步奏進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化、系列化功能模塊研制，通過(guò)不同模塊組合和軟件加載構(gòu)建相應(yīng)的機(jī)載計(jì)算機(jī)。

3.2 提升研發(fā)和測(cè)試驗(yàn)證能力

3.2.1 采用基于模型的設(shè)計(jì)

首先進(jìn)行研制需求分析，挖掘明確產(chǎn)品研制的功能、性能研制需求，建立的系統(tǒng)需求模型。

根據(jù)需求模型，明確和構(gòu)建系統(tǒng)行為級(jí)仿真模型進(jìn)行行為級(jí)仿真。并在模塊研制完成之前進(jìn)行系統(tǒng)功能分解和功能模型仿真，提前驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否滿足系統(tǒng)需求。

模塊功能模型采用全軟件仿真，可操作性強(qiáng)，主要對(duì)處理器、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備進(jìn)行仿真。

建立模塊時(shí)序級(jí)模型進(jìn)行板級(jí)時(shí)序仿真，時(shí)域、頻域、直流工作點(diǎn)、參數(shù)掃描噪聲與失真分析。

進(jìn)行小體積、低功耗、輕重量設(shè)計(jì)，增強(qiáng)產(chǎn)品可靠性、安全性和保密性設(shè)計(jì)。

3.2.2 驗(yàn)證能力建設(shè)

針對(duì)國(guó)產(chǎn)軟、硬件現(xiàn)狀，建立系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證環(huán)境，進(jìn)行器件級(jí)、板級(jí)、整機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用驗(yàn)證；器件級(jí)驗(yàn)證主要進(jìn)行器件功能、性能和等封裝的測(cè)試；板級(jí)主要進(jìn)行板內(nèi)硬件資源，軟硬件適配性測(cè)試。

整機(jī)級(jí)主要進(jìn)行各模塊間的適配性、軟硬件綜合適配、環(huán)境適應(yīng)性、可靠性驗(yàn)證；系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)交聯(lián)、容錯(cuò)和典型應(yīng)用驗(yàn)證。

3.3 分步發(fā)展、逐步拓展

3.3.1 進(jìn)行聯(lián)合式機(jī)載計(jì)算機(jī)全國(guó)產(chǎn)化研制

采用國(guó)產(chǎn)SM750+天脈1+VME+1553B的架構(gòu)開(kāi)展單應(yīng)用計(jì)算機(jī)全國(guó)產(chǎn)化率研制。

3.3.2 逐步開(kāi)展全國(guó)產(chǎn)綜合化機(jī)載計(jì)算機(jī)研制

采用“國(guó)產(chǎn)多核操作系統(tǒng)+國(guó)產(chǎn)分區(qū)操作系統(tǒng)+FC網(wǎng)絡(luò)總線”的技術(shù)架構(gòu)，以模塊化、綜合化、系列化為主線，立足國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)、國(guó)產(chǎn)器件成熟度，分層次進(jìn)行小體積、低功耗、重量輕綜合化模塊研制；逐步構(gòu)建全全系列通用處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、信號(hào)處理模塊、圖形處理模塊、大容量存儲(chǔ)模塊、網(wǎng)絡(luò)交換模塊、智能電源模塊研制。

開(kāi)展數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)安全性設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)重構(gòu)、芯片級(jí)容錯(cuò)技術(shù)預(yù)研，建立系統(tǒng)的數(shù)字仿真建模型，進(jìn)行系統(tǒng)性能初步計(jì)算和故障模式分析和方案論證選擇。

加強(qiáng)通用模塊推廣，通過(guò)需求模型分析、模型驗(yàn)證，系列化的配置形成系列化整機(jī)并推廣應(yīng)用。

進(jìn)行系統(tǒng)可剪裁性、擴(kuò)展性研究，建立相應(yīng)的規(guī)范，指導(dǎo)機(jī)載嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，促進(jìn)綜合系列化發(fā)展。

進(jìn)行綜合國(guó)產(chǎn)LRM研制、國(guó)產(chǎn)化計(jì)算機(jī)推廣擴(kuò)展應(yīng)用研究，探索新一代國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)研制需求，探索工業(yè)級(jí)器件應(yīng)用的開(kāi)放式平臺(tái)等預(yù)研。為新型裝備的研制奠定基礎(chǔ)。

3.4 達(dá)成目標(biāo)

能夠驗(yàn)證一系列國(guó)產(chǎn)器件、形成系列化國(guó)產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)電路和模塊；積累一系列成熟的國(guó)產(chǎn)化器件及其使用經(jīng)驗(yàn)。形成國(guó)產(chǎn)化元器件應(yīng)用驗(yàn)證方法、應(yīng)用指導(dǎo)、性能評(píng)估、經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)險(xiǎn)分析報(bào)告、國(guó)產(chǎn)化計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和研制指南。

4 總結(jié)

標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、綜合化是國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的發(fā)展之路，相信立足國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)，合理規(guī)劃，采用先進(jìn)的研制手段研發(fā)設(shè)計(jì)和測(cè)試驗(yàn)證，逐步拓展，一定能夠提升航空裝備的研制質(zhì)量和水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 王成昆.美國(guó)機(jī)載計(jì)算機(jī)AN/AYK14分析及應(yīng)用研究[J].航空計(jì)算技術(shù)，2009，39（2）：130-134.

[2] 郭華.解析美國(guó)機(jī)載計(jì)算機(jī)的三化道路[J].航空計(jì)算技術(shù)，2009，39（2）：126-129.