0引言
随着航空技术的发展，综合航电系统经历了分立式、联合式、综合式和先进综合式四个发展阶段。综合航电系统结构不断改进，使航空电子系统的水平迅速提高，从而促成了战斗机水平的更新换代。在综合航电系统对飞机整体性能影响日益增大的同时，为保证综合航电系统在各种环境下更加安全可靠地运行，在综合航电系统中实现余度备份功能就成为作战飞行软件设计中必不可少的研究方向。
针对综合航电系统显控计算机由于元器件失效、数据传输异常等因素导致综合航电系统丢失关键数据，影响飞行员对当前飞行状态的判断，从而无法保证飞行效能的问题，基于某型飞机综合航电系统中AFDX[1]和GJB289A两路总线并存的情况，本文提出了一种作战飞行软件余度设计方法，通过对显控计算机的控制与管理保证了综合航电系统的正常运行和数据稳定传输。
1作战飞行软件余度设计方案分析
余度技术（redundancy technology）是为满足可靠性和故障容限的要求，采用两个或两个以上的同样部件或系统，正确、协调的完成同一任务的方法。该方法最早开始于20世纪50年代，Von Neumann提出用低可靠性的器件以余度设计方式来构造高可靠性系统，是基于硬件方面的构造提高系统的容错性能。随着电子技术和计算机技术的发展，近年来在综合航电系统中作战飞行软件比重大幅度增加，综合航电系统的余度技术设计需求逐渐从硬件容错向软件容错和软硬件结合的系统容错方式转移。
处于综合航电系统核心位置的显控计算机在系统余度设计中是重中之重，而显控计算机中驻留的核心应用软件—作战飞行软件则是实现综合航电系统余度功能的关键。针对作战飞行软件的余度设计，双机备份技术是提高软件可靠性的重要手段。在综合航电系统中采用热备份技术保证在一台显控计算机出现故障时，另一台显控计算机可以在有限的时间内将作战飞行软件的应用功能接管过来，保证应用的持续性和飞机的安全性。
2作战飞行软件余度设计方案实现
作战飞行软件负责实时控制管理两台显控计算机，两台显控计算机接收数据完全一致，由主显控计算机对外服务，备显控计算机同步工作等待时机接管应用任务。当主显控计算机发生不可逆转的故障导致应用层作战飞行软件不能正常运行时，备显控计算机通过作战飞行软件的控制在规定时间内主动接管综合航电系统全部或部分功能，替代故障显控计算机工作，保证综合航电系统全部或部分功能的可靠稳定。
2.1主备显控计算机身份识别
显控计算机启动时需要完成硬件、软件的初始化和数据的准备，包括从非易失存储器中读取上次关机前保存的关键数据和初始化状态默认字。其中最关键的是显控计算机的初始化工作，因为根据综合航电系统设计的要求，两台显控计算机必须严格按照主显控计算机和从显控计算机的启动顺序来确定主备显控计算机的角色[2]。
显控计算机初始化时，作战飞行软件获取当前显控计算机的ID值认定两台显控计算机的主备角色。作战飞行软件控制主显控计算机通过AFDX和1553B总线网络向各端系统发送和接收消息，同时控制备显控计算机只接收其他端系统的数据且不向各端系统发送数据。
2.2主备显控计算机状态监控
主备显控计算机之间通过“心跳”方式保证主显控计算机和备显控计算机之间的联系。“心跳”是一种状态监控机制，主备显控计算机作战飞行软件会通过AFDX和1553B两种总线网络，同时周期性的发出相互检测的测试包。主显控计算机作战飞行软件向备显控计算机周期发送健康状态信号，备显控计算机作战飞行软件周期向主显控计算机发出控制权请求信号。在正常工作情况下，主显控计算机为综合航电系统提供应用服务，备显控计算机监视主显控计算机的工作情况（主显控计算机同时也在检测备显控计算机控制权请求状态）。主备显控计算机之间相互按照一定的时间间隔发送通信信号，表明各自显控计算机当前的运行状态，最终完成主备显控计算机之间的状态监控工作。
2.3主备显控计算机控制权自动切换
综合航电系统正常运行时，主显控计算机作战飞行软件通过1553B和AFDX总线周期连续向备显控计算机发送符合接口控制文件规定的健康状态信号且备显控计算机作战飞行软件通过1553B和AFDX总线周期连续向主显控计算机发送符合接口控制文件规定的抢权请求信号。在主显控计算机出现故障导致作战飞行软件停止向备显控计算机发送健康状态信号，或者备显控计算机作战飞行软件未检测到主显控计算机的健康状态信号时，备显控计算机判断此时作战飞行软件需要控制完成主备显控计算机之间控制权自动切换。
作战飞行软件控制主备显控计算机控制权自动切换过程具体如下所示：
1) 备显控计算机作战飞行软件同时通过1553B和AFDX总线主动向主显控计算机发送抢权请求有效信号；
2) 主显控计算机作战飞行软件检测到备显控计算机的抢权请求有效信号时让出控制权权限，停止通过1553B和AFDX总线向各设备终端发送数据，并停止综合航电系统应用服务；
3) 备显控计算机作战飞行软件连续发送抢权请求有效信号后在规定时间间隔内接管控制权限，使原备显控计算机成为新的主显控计算机，开始发送AFDX数据，并作为新的1553B总线控制器实现1553B总线的调度；
4) 备显控计算机主动接管主显控计算机的应用服务工作后，继续保证综合航电系统稳定、不间断的运行。同时主动上报主显控计算机故障告警提示，完成主备显控计算机之间控制权自动切换。
3总结
本文基于某型飞机总线网络的特点，在作战飞行软件中通过余度功能的设计与应用，实现了主备显控计算机在综合航电系统发生故障时，在最短时间内完成显控计算机控制权的自动切换。提高了飞机的安全和可靠性，具有良好的军事效益。
参考文献
[1]Airlines Electronic Engineering Committee. ARINC 664 Aircraft Data Network, Part 7:Avionics Full Duplex Switched Ethernet(AFDX) Network[S].Aeronautical Radio,INC.,2005.
[2]杨玉成，繆万胜，乐斌.系统主备份切换关键技术研究[J].航空电子技术，2013,44(1):20-23.
作者简介：周龙（1989.7--），男，河北省石家庄市人，工程师，现从事嵌入式软件设计工作。
