一种面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构的制作方法

本发明属于机载系统与设备，具体涉及一种面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构。

背景技术：

1、目前的航空电子架构已经从联合式航空电子系统向综合化模块化航空电子系统(ima)发展，ima架构打破了联合式子系统自主管理模式，实现了应用功能独立与平台无关。但是ima硬件资源配置多，功能复杂，故障隔离困难，外场维修难度大。越来越复杂的航电系统，对系统健康管理和故障隔离提出了越来越高的要求。同时，ima大量使用外场可更换单元(lru)，使得ima功能模块可以灵活安装，同时也实现了具体功能可随需求灵活变化。为了保障设备的可靠稳定工作，提高外场维护效率，降低外场维修成本，需要一种更为灵活和可靠的健康管理架构。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，通过复用已用功能总线，使用多路冗余总线解决了单can总线ima的故障上报可靠性不足的问题；通过设计弹性架构，解决了ima在使用lru时功能灵活变化时的健康管理需求；通过综合逻辑判故，解决了ima在外场故障时，故障定位和故障隔离困难的问题；为工程师排故和故障预测提供大量可分析数据，并提供故障隔离方法和建议，同时可明显减少维修人力和其他保障资源的投入，降低ima的全寿命周期费用，为新一代具有多个复杂模块的航电系统提供故障隔离及健康管理能力。

2、为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

3、一种面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，所述健康管理架构设置有健康管理系统采集平台、可扩展的故障信息交换架构以及快速故障隔离逻辑；

4、所述健康管理系统采集平台至少包括以传感器为处理中心的传感器健康信息采集平台、以mcu为处理中心的mcu健康信息采集平台、以dsp为处理中心的dsp健康信息采集平台、以cpu为处理中心的cpu健康信息采集平台以及以fpga为处理中心的fpga健康信息采集平台，所述健康管理系统采集平台用于集中收集复杂航电系统的多种健康工作信息；

5、所述可扩展的故障信息交换架构包括由多种总线类型构建的二级故障信息交换网络；所述故障信息交换网络用于分级上报所述健康工作信息；

6、所述快速故障隔离逻辑设置有可直接隔离故障分析方法，还用于通过综合判故逻辑分析判断隔离故障。

7、进一步的，所述健康工作信息信息包括但不仅限于核心处理器状态、存储芯片功能状态、内部总线工作状态、整板二级电压状态以及关键部件健康参数。

8、进一步的，所述健康管理系统采集平台用于监控所述复杂航电系统中nvram读写状态信息、ddr3读写状态信息、flash读写状态信息、温度信息、pcie通信检测、spi通信检测、复位信号检测以及以太网通信检测。

9、进一步的，所述mcu健康信息采集平台用于监控ddr_vddq的电压、ddr_vtt的电压、处理器核电压、处理器io电压、can总线通信、spi总线通信、复位信号电平以及处理器心跳检测。

10、进一步的，所述ddr_vddq的电压、ddr_vtt的电压、处理器核电压以及处理器io电压均为二级电压，

11、所述mcu健康信息采集平台对于采集到的二级电压，通过数据分析判断提供二级电压的二级电源工作的状态趋势，为二级电源健康进行估计。

12、为二级电源健康进行估计的方式具体为：对二级电压的电压范围内进行全边缘扫描测试，在输出网络中设计电压调理和交叉开关，再通过高速的a/d采样获得二次电源的幅值状态，通过统计量值，观察二次电源输出的变化情况。

13、进一步的，二级故障信息交换网络包括一级网络以及二级网络；

14、所述一级网络为由fc总线网络和can总线网络组成的模块间信息交换网络；

15、所述二级网络为由包括但不仅限于rs232、spi总线和emif总线构成的模块内信息交换网络；

16、其中：一个所述二级网络构成所述一级网络的单个节点。

17、进一步的，二级网络包括多个健康管理系统采集平台，各所述健康管理系统采集平台的连接方式为：mcu之间通过iic总线相互连接；mcu与dsp、fpga以及cpu通过spi总线连接；fpga通过pcie与cpu相连cpu通过fc总线网络与二级网络外相连；mcu通过can总线和二级网络外相连。

18、进一步的，fc总线网络与can总线网络互为备份网络。

19、所述模块间信息交换网络具备弹性可扩展性，可灵活变更节点数量，可任意更改所连接的硬件数量。

20、进一步的，快速故障隔离逻辑用于将复杂航电系统上多个硬件的故障信息进行综合判断，定位故障来源及故障原因。

21、进一步的，快速故障隔离逻辑将可以直接判定出的故障进行直接隔离；不能直接判定出的故障通过健康管理系统采集平台采集到的信息综合分析判断后进行隔离。

技术特征：

1.一种面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，所述健康管理架构设置有健康管理系统采集平台、可扩展的故障信息交换架构以及快速故障隔离逻辑；

2.根据权利要求1所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，所述健康工作信息信息包括但不仅限于核心处理器状态、存储芯片功能状态、内部总线工作状态、整板二级电压状态以及关键部件健康参数。

3.根据权利要求2所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，所述健康管理系统采集平台用于监控所述复杂航电系统中nvram读写状态信息、ddr3读写状态信息、flash读写状态信息、温度信息、pcie通信检测、spi通信检测、复位信号检测以及以太网通信检测。

4.根据权利要求3所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，所述mcu健康信息采集平台用于监控ddr_vddq的电压、ddr_vtt的电压、处理器核电压、处理器io电压、can总线通信、spi总线通信、复位信号电平以及处理器心跳检测。

5.根据权利要求4所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，所述ddr_vddq的电压、ddr_vtt的电压、处理器核电压以及处理器io电压均为二级电压，

6.根据权利要求5所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，二级故障信息交换网络包括一级网络以及二级网络；

7.根据权利要求6所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，二级网络包括多个健康管理系统采集平台，各所述健康管理系统采集平台的连接方式为：mcu之间通过iic总线相互连接；mcu与dsp、fpga以及cpu通过spi总线连接；fpga通过pcie与cpu相连cpu通过fc总线网络与二级网络外相连；mcu通过can总线和二级网络外相连。

8.根据权利要求7所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，fc总线网络与can总线网络互为备份网络；

9.根据权利要求8所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，快速故障隔离逻辑用于将复杂航电系统上多个硬件的故障信息进行综合判断，定位故障来源及故障原因。

10.根据权利要求9所述的面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构，其特征在于，快速故障隔离逻辑将可以直接判定出的故障进行直接隔离；不能直接判定出的故障通过健康管理系统采集平台采集到的信息综合分析判断后进行隔离。

技术总结
本发明属于机载系统与设备技术领域，具体涉及一种面向复杂航电系统的可扩展性健康管理架构。通过复用已用功能总线，使用多路冗余总线解决了单CAN总线IMA的故障上报可靠性不足的问题；通过设计弹性架构，解决了IMA在使用LRU时功能灵活变化时的健康管理需求；通过综合逻辑判故，解决了IMA在外场故障时，故障定位和故障隔离困难的问题；为工程师排故和故障预测提供大量可分析数据，并提供故障隔离方法和建议，同时可明显减少维修人力和其他保障资源的投入，降低IMA的全寿命周期费用，为新一代具有多个复杂模块的航电系统提供故障隔离及健康管理能力。

技术研发人员：张超峰,吴志川,景德胜,赵谦,张光辉,王宇
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15