一種機(jī)電系統(tǒng)雙余度通道切換邏輯

車炯暉 劉夏青 吳斌

摘要：在航空電子系統(tǒng)中，機(jī)電系統(tǒng)是飛機(jī)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(shí)時(shí)工作中按照該策略設(shè)定當(dāng)前計(jì)算機(jī)通道健康分?jǐn)?shù)，根據(jù)健康分?jǐn)?shù)進(jìn)行主備系統(tǒng)切換工作，有效提升了機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源共享能力和容錯(cuò)重構(gòu)能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)電系統(tǒng);健康分?jǐn)?shù);主備系統(tǒng)

中圖分類號： TP391? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)，為提高系統(tǒng)的可靠性及容錯(cuò)能力，通常采用雙余度技術(shù)滿足使用要求。雙余度設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)的工作通道切換邏輯，該策略通過獨(dú)立于CPU的切換策略來對產(chǎn)品功能通道進(jìn)行打分，CPU通過通道的分值來確定主備通道的切換。同時(shí)，當(dāng)CPU程序跑飛時(shí)，通過看門狗叫信號，可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)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(gè)部分組成，打分機(jī)制和得權(quán)機(jī)制。其中，打分機(jī)制針對通道的故障情況進(jìn)行打分。由于機(jī)電管理計(jì)算機(jī)對于重要的控制通道都是雙余度設(shè)計(jì)。因此，對于同一個(gè)被控對象有兩路輸出和BIT電路。而打分機(jī)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(jī)上重要控制信號按照上述方法建立打分表。同時(shí)，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(jī)制可以分為搶權(quán)機(jī)制和放權(quán)機(jī)制兩種。對于搶權(quán)機(jī)制來說，可能會存在由于信道故障引發(fā)的雙通道同時(shí)搶奪控制權(quán)的可能，因此不建議使用。本文采用放權(quán)機(jī)制，當(dāng)工作通道認(rèn)為自己通道打分低于備份通道時(shí)，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(shí)現(xiàn)

如圖1所示，左邊表示A機(jī)某重要控制信號通路的通道切換邏輯，右邊表示B機(jī)某重要控制信號的通道切換邏輯。其中，自鎖信號為0時(shí)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?？刂莆挥糜谠贑PU故障時(shí)，整機(jī)切換時(shí)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(shí)雙機(jī)該通道都為鎖定狀態(tài)。

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

3）向A機(jī)該通道控制位寫1， BIT位寫1;向B機(jī)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(shí)的切換策略

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

1） 如果B機(jī)為滿分10分且A機(jī)為7分，則向上位機(jī)報(bào)告A機(jī)故障情況，A機(jī)繼續(xù)工作，同時(shí)B機(jī)準(zhǔn)備輸出該通道控制指令，保證在接收到通道切換指令時(shí)可以做到無縫切換。

2） 當(dāng)A通道得分為2分或者0分時(shí)，則通知上位機(jī)，同時(shí)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(dāng)A通道得分為2分時(shí)，A通道控制通路已經(jīng)失效，僅留存BIT電路正常，A機(jī)周期性的通過信道將BIT信息發(fā)給B機(jī)，作為B機(jī)該通道的備份BIT。

2.3 通道切換邏輯在整機(jī)發(fā)生異常時(shí)的切換策略

當(dāng)上電時(shí)A通道故障或者由于供電異常導(dǎo)致A通道機(jī)電管理計(jì)算機(jī)沒有上電時(shí)，由于互鎖信號進(jìn)行了下拉，B通道將自動被使能。同時(shí)，B機(jī)上報(bào)上位機(jī)A機(jī)不存在或者存在異常。

假設(shè)當(dāng)A通道在運(yùn)行時(shí)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(shí)A機(jī)整機(jī)被禁止，B機(jī)開始接管所有控制命令。同時(shí)，B機(jī)將上報(bào)上位機(jī)A機(jī)發(fā)生了異常。

2.4 通道切換邏輯在雙機(jī)信道異常時(shí)的處理策略

當(dāng)A機(jī)和B機(jī)之間的信道存在異常時(shí)，每個(gè)機(jī)電管理計(jì)算機(jī)都無法獲得他機(jī)的通道打分情況，則向上位機(jī)報(bào)告雙機(jī)信道故障，并通過上位機(jī)獲得他機(jī)的通道打分情況。然后根據(jù)上位機(jī)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(jī)與上位機(jī)信道異常時(shí)的處理策略

假設(shè)當(dāng)A機(jī)與上位機(jī)通信中斷，上位機(jī)將向B機(jī)發(fā)送與A機(jī)通信故障。此時(shí)B機(jī)將通過與A機(jī)互通的信道獲得A機(jī)準(zhǔn)備上發(fā)的數(shù)據(jù)并代為轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)。同時(shí)上位機(jī)會將準(zhǔn)備下發(fā)給A機(jī)的信息發(fā)給B機(jī)，由B機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給A機(jī)。A機(jī)和B機(jī)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(jī)的通信信道、交叉?zhèn)鬏斝诺篮屯ǖ狼袚Q邏輯，實(shí)現(xiàn)了一種具有數(shù)據(jù)資源共享和容錯(cuò)重構(gòu)的雙余度機(jī)電系統(tǒng)。在產(chǎn)品部分功能或通信信道功能喪失時(shí)，可以有效地進(jìn)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(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】