[科普中國]-航空航天計(jì)算機(jī)

航空航天計(jì)算機(jī)其主要是充分利用微電子技術(shù)的快速發(fā)展，讓大型航空電子系統(tǒng)的多個(gè)子系統(tǒng)通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)連接，共享由若干種標(biāo)準(zhǔn)模塊構(gòu)成的資源。

航空航天計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)對于飛機(jī)飛行控制計(jì)算機(jī)、導(dǎo)彈制導(dǎo)控制計(jì)算機(jī)和星載計(jì)算機(jī)這3種典型的航空航天嵌入式計(jì)算機(jī)，首先對它們的體系架構(gòu)進(jìn)行分析，找出它們的共性技術(shù)。這些計(jì)算機(jī)的架構(gòu)示意圖如圖1所示，主要架構(gòu)特征如表1所列。

航空航天領(lǐng)域的嵌入式計(jì)算機(jī)因其承載平臺(tái)特性、可靠性要求、功能復(fù)雜性等的不同而表現(xiàn)出多種多樣的體系架構(gòu)。盡管如此，它們之間仍然存在相通的技術(shù)特點(diǎn)。首先是模塊化，或者說，以外場可更換模塊（LRM）作為基本的硬件構(gòu)件。這些模塊往往不是完整的計(jì)算機(jī)，包括處理模塊、I/O模塊和網(wǎng)絡(luò)交換模塊等形式。LRM可以參加系統(tǒng)運(yùn)行，也可以在其他LRM工作的同時(shí)脫離系統(tǒng)進(jìn)行診斷，甚 至 可 以 下 電 更 換LRM再恢復(fù)參與系統(tǒng)工作。通過診斷問題模塊和替換模塊的方法使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可維護(hù)性得到提高。

其次是以數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為中心。網(wǎng)絡(luò)歷來是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)展成高速確定的網(wǎng)絡(luò)有AFDX、光纖通道（FC）、Space Wire總線和TTE總線等。再次是綜合化，加強(qiáng)信息共享程度，系統(tǒng)(模塊)實(shí)現(xiàn)了原來多個(gè)系統(tǒng)（模塊）的功能1。

飛行器載體很大程度上決定了嵌入式計(jì)算機(jī)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，上述3種嵌入式計(jì)算機(jī)都涉及飛行控制，但是它們之間的差異顯著。對于使用時(shí)間和頻度有限的載體（如導(dǎo)彈），嵌入式計(jì)算機(jī)需要著重控制生產(chǎn)成本，表現(xiàn)為集約化設(shè)計(jì)，盡量合并相同的功能，使機(jī)體緊湊。對于使用時(shí)間長或者使用次數(shù)多的載體（如飛機(jī)），嵌入式計(jì)算機(jī)更強(qiáng)調(diào)可靠性和可維護(hù)性，往往用到余度設(shè)計(jì)的方法來保證系統(tǒng)有很長的使用壽命。而這兩種努力方向都可以看作是對嵌入式計(jì)算機(jī)全壽命周期內(nèi)的成本控制。

航空航天計(jì)算機(jī)的共性技術(shù)除了模塊化等技術(shù)特點(diǎn)外，典型航空航天嵌入式計(jì)算機(jī)在架構(gòu)方面的共性技術(shù)還有：

采用商用貨架產(chǎn)品（COTS）。元器件、處理器、存儲(chǔ)器等采用 COTS，有效地降低生產(chǎn)成本。應(yīng)用 COTS技術(shù)和組件有著諸多優(yōu)勢，如減少專用器件、組件或模塊、軟件數(shù)量，兼容性好，技術(shù)先進(jìn)，技術(shù)支持良好等。

遵循開放性標(biāo)準(zhǔn)。遵循開放的接口規(guī)范、總線協(xié)議等，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展、升級或者功能重構(gòu)。借助開放性的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠方便地在多個(gè)廠商、多種產(chǎn)品渠道中選擇產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)集成。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王慧維 - 副研究員 - 西南大學(xué)