综合模块化航电IMA硬件单元
民用飞机综合航电系统技术分析
I G I T C W技术 分析Technology Analysis62DIGITCW2022.121 民用飞机综合航电系统发展现状本文以波音787和空客A380的综合航电系统为例进行现状分析。
1.1 波音787波音787的综合航电系统采用开放式CCS 结构，具体构成为CDN （通用数据网）、CCR （通用计算设备）、RDC （远程数据采集器）等，构成相对复杂，结构成分较多。
其中，通用计算设备的机柜中安插若干个GCM （通用处理模块）、通用数据网（每秒100兆字节）以及LR M （可更换模块）。
波音787的综合航电系统还整合了非传统航电系统的处理与控制功能，具体包括燃油、环控、防火、电源、起落架、液压、防冰、舱门系统等。
除此之外，其计算机系统以ARINC 653为标准进行设计，以此控制系统改变流程期间的成本投入，同时提高系统的兼容属性，为日后迭代优化等工作提供支持。
该民用飞机的综合航电系统中还采用了网络技术以及与其相兼容的技术，由此可以实现数据的准确、高效传递。
数据链由核心网络、孔底数据链和通用核心系统组成，主要负责外界数据采集与上传。
其中，数据传输期间统一落实AFDX 标准，依托于LED 液晶显示屏的使用以及工业标准GUI 图形界面的设计，满足相关人员的数据查看与操控所需[1]。
1.2 空客A380空客A 380的综合航电系统以I M A 为主，所谓IMA ，是指集成模块化航空电子设备，同时辅以CTOS （商用货架产品）技术和Integeity-178B 操作系统。
在整个系统框架中，该飞机共使用32个IMA 模块，均属于场外可更换模块，分别应用于起落架、显示系统、告警系统、环控系统、引气系统、电传操纵系统、电气系统、自动驾驶系统、燃油系统和液压系统等。
对于该综合航电系统的核心处理以及输入、输出模块而言，其统称为CPIOM ，组成要素较多，构成成分包括PCI 内部互联板、中央处理器线路板、输入线路板等。
民用飞机综合航电系统技术发展研究_孙欢庆
综 述 Overview随着民用飞机的飞行品质、安全性、舒适性和经济性要求的不断提高，飞机制造商应用了大量的先进技术，其中综合航电系统占有重要的地位和份额。
从波音777到空客A380和波音787，民用飞机综合航电系统的技术已经达到了一个前所未有的水平，其典型特征是集成模块化航空电子设备和远程数据采集器的大量使用。
这些系统的使用既体现了当今综合航电技术的最新水平，也预示了未来综合航电技术的发展趋势。
国内外发展状况当今先进民用飞机的综合航电系统都采用了开放式结构、IMA 和先进数据总线等技术，系统的集成度越来越高，功能也越来越强大。
以下分别对空客A380和波音787的综合航电系统进行介绍。
. A380的综合航电系统A380飞机的综合航电系统使用了集成模块化航空电子设备（IMA ）架构，采用了商用货价产品（CTOS ）技术，使用Integrity -178B 操作系统。
A380共有32个IMA 模块，4个用于民用飞机综合航电系统技术发展研究摘 要:本文介绍了民用飞机综合航电系统技术的研究现状和发展趋势，从集成模块化航空电子设备、开放式结构和先进数据总线等几个方面阐述了其特点，并探讨了该系统的关键技术。
关键词：综合航电；集成模块化航空电子设备；开放式结构；数据总线Research on Integrated Avionics System of Civil Aircraft 孙欢庆/中国商飞上海飞机设计研究院显示、告警等功能，4个用于起落架，4个用于环控、引气等功能，4个用于数据管理，2个用于电气系统，14个用于电传操纵系统、自动驾驶系统、液压系统、燃油系统等，这些模块都属于外场可更换模块（LRM ）。
A380的核心处理和输入/输出模块称为CPIOM 。
每个CPIOM 模块均含有1个中央处理器线路板，1个电源和输入/输出线路板，2个输入/输出线路板，1个PCI 内部互联板和端系统电路。
A380使用全双工网络，符合ARINC 664（AFDX ）标准。
民机专题(四大机型)
一、 四大机型航电系统或设备供应商1、Boeing 787通用核心系统（史密斯航空）主显示屏（Rockwell-Collins）通讯系统（Rockwell-Collins）集成监控系统（Rockwell-Collins）导航系统包（Honeywell）导航电台（Honeywell）机组人员信息 / 维修系统（Honeywell）飞行控制系统（Honeywell）电子飞行包（软件：杰普逊公司；硬件：TBD）平视显示屏（Rockwell-Collins）更多的系统请参阅B787系统供应商列表2、Airbus 380空中数据惯性导航系统（Honeywell）飞机环境监视系统（Honeywell）飞行管理系统（Honeywell）卫星通信系统（Honeywell / Thales）飞行控制系统（Goodrich）以太网接口转换模块（Pulse）AFDX（Rockwell Collins）座舱显示与控制（Thales）飞行控制单元（Thales）IMA通用模块（Thales）更多的系统请参阅A380系统供应商列表3、Boeing 737NGHF收发机 (Collins)VHF/数据收发机 (Honeywell)ADF (Honeywell)DME (Honeywell)VOR/Marker接收机 (Honeywell)ADIRS (Honeywell)S模式ATC应答机 (Honeywell)ILS/GPS MMR (Honeywell)FMC (Smiths)TCAS Chang7 (Honeywell)EGPWS (Honeywell)风切变气象雷达 (Honeywell)固态FDR (Honeywell)固态CVR (Honeywell)EFIS（Rockwell Collins）4、Airbus 320HF收发机 (AlliedSignal)VHF/数据收发机 (AlliedSignal)ADF (AlliedSignal)DME (AlliedSignal)VOR/Marker接收机 (AlliedSignal)ADIRS (Honeywell)S模式ATC应答机 (AlliedSignal)ILS/GPS MMR (Sextant)FMC (Honeywell/Thales)TCAS Chang7 (AlliedSignal)EGPWS (AlliedSignal)风切变气象雷达 (AlliedSignal)固态FDR (AlliedSignal)固态CVR (AlliedSignal)EFIS（Thales）返回二、 四大机型座舱布局1、Boeing 787B787座舱的一个关键特点是具有两个平视显示仪（HUD）和两个电子飞行包。
综合模块化航电(IMA)硬件单元
综合模块化航电（IMA）硬件单元1. 目的本技术标准规定（CTSO）适用于为综合模块化航电（IMA）硬件单元申请技术标准规定项目批准书（CTSOA）的制造人。
本CTSO 规定了综合模块化航电硬件单元为获得批准和使用适用的CTSO标记进行标识所必须满足的最低性能标准（MPS）。
2. 适用范围a. 本CTSO适用于自其生效之日起提交的申请。
本CTSO具体针对以下硬件单元：（1）硬件模块；（2）装载硬件模块的机柜或机架。
b. 符合本CTSO要求的硬件单元可用来支持功能CTSO设备或按照CCAR-21、23、25、27、29、33或35部批准的系统（例如，作为型号合格证组成部分批准的刹车系统）。
功能CTSO的批准和飞机级批准不在本CTSO的范围之内。
c. 附录3给出了硬件单元的相关术语。
d. 按本CTSO批准的综合模块化航电硬件单元，设计大改应获得CAAC的批准。
参见CCAR-21R3第21.313条。
3. 要求在本CTSO生效之日或生效之后制造并欲使用本CTSO标记进行标识的硬件单元，必须满足硬件单元最低性能标准。
本CTSO附录1给出了综合模块化航电硬件单元最低性能标准制定准则。
a. 功能：本CTSO适用于预期满足按本CTSO附录1准则制定的最低性能标准的设备。
本CTSO不针对预期执行的飞机级功能，而是为支持接收、处理和输出数据等通用功能的硬件提出环境鉴定试验要求。
获得本CTSO批准的硬件单元在加载相应软件程序时，也可能需要满足其他CTSO功能要求。
对于软件与硬件的组合，应使用适用的CTSO对其进行额外的CTSO功能批准。
设备或系统执行的未获得CTSO批准的功能，必须在装机过程中由局方评估和批准。
b. 功能限制：（1）本CTSO不适用于为目标发射器生成无线电频率信号的设备。
（2）本CTSO针对的软件功能仅限于支持电子件号和/或功能软件加载的软件。
c. 失效状态类别：失效状态类别取决于在特定飞机环境中执行的功能及其用途。
民用飞机IMA系统的适航取证策略
民用飞机IMA系统的适航取证策略摘要本文详细分析了最新发布的APR-4754A，DO-297和AC20-170，通过横向比较和纵向分析，形成了一套较完整的国内民用飞机IMA系统取证策略，该取证策略和步骤在某民用飞机上的成功应用验证了其可行性。
关键词IMA；适航取证；DO-297；AC20-1700 引言随着IMA系统在民用飞机上的广泛使用，IMA系统的适航取证已经得到了广泛的关注，但是由于IMA系统的高度综合性及复杂性，其适航取证的方法和过程与一般飞机系统有明显的不同，因此适航当局也发布了不少新的标准和指南来指导IMA的取证活动，基于这些标准和指南，本文对民用飞机IMA系统适航取证做了一定的研究。
1 背景随着IMA系统的发展，适航当局也陆续发布了一些有关IMA系统的标准和指南性文件，其中最重要的就是TSO C153和AC 20-145。
TSO C153，《综合模块化航电系统硬件元素》，为IMA的硬件元素得到局方批准提供了一种可行的方法。
其中“硬件元素”包括IMA机柜，安装在机柜中的IMA模块，以及工厂加载的软件（例如，Boot软件），但不包括现场可加载的功能软件。
AC 20-145，《使用TSO C153硬件的IMA系统设计指南》，该AC为使用TSO C153硬件的IMA系统的集成、安装、取证，持续适航等提供了参考。
2 IMA标准和指南的研究和比较但是随着APR-4754A[1]，DO-297[2]和AC20-170[3]的陆续发布，IMA系统的适航取证已经和之前的取证方式有了很大的变化，IMA的取证将更具难度和挑战性。
AC 20-145的取消也标志着后续机型的IMA系统将必须按照新的标准和指南进行设计和取证。
为了寻求切实有效的IMA取证方法，必须深入研究这些新的标准和指南。
2.1 APR-4754A《民用飞机系统开发指南》针对不同的设计保证等级，APR-4754A在飞机级和系统级分别定义了开发和综合集成的过程。
综合模块化航电系统驻留功能适航审定要求分析
综合模块化航电系统驻留功能适航审定要求分析赵长啸;阎芳;张帆;王鹏【摘要】综合模块化航电系统以功能分区的形式在资源共享平台上综合了多种航电功能，系统功能与硬件平台不再具有唯一对应性，给适航审定技术带来了困难。
首先分析了综合模块化航电系统的特点和民机产品的适航方式，然后依据局方的相关技术标准文件，给出了综合模块化航电系统驻留功能的适航需求分析，最后总结了审定要素和评审要求分析。
相关研究成果有助于解决功能-硬件分离的航电产品的取证问题，是对现有综合模块化航电系统审定体系的有效补充。
%The feature of the integrated modular avionics( IMA) system is that it uses the shared resource and robust partitioning to host multiple functions. The system function and hardware platform no longer have the unique correspondence,which poses a great challenge for the tradition airworthiness certification which aims at the federate avionics. Firstly,the characters of the IMA system and the airworthiness methods of the avionics product are analyzed. Secondly,according to the relevant technical standards document,the certifi-cation requirements of the hosted function of IMA system are summarized,. Finally,the review and valida-tion elements for the hosted function of IMA system are concluded. The research in this paper is helpful to solve the airworthiness problem of the avionics products that do not rely on specific hardware,which is an effective complement to the existing IMA airworthiness system.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2016(056)008【总页数】5页(P923-927)【关键词】综合模块化航电系统;驻留功能;适航审定【作者】赵长啸;阎芳;张帆;王鹏【作者单位】中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津300300;中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津300300;中国民航大学安全科学与工程学院，天津300300;中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津300300【正文语种】中文【中图分类】V243机载电子系统是民用飞机的“大脑和中枢神经”［1］。
浅谈教练机新一代航电系统
• 116•教练机的作战训练效能与航空电子系统密切相关，航空电子系统是教练机的“大脑”，近年来，航空电子系统在需求牵引和技术的推动下取得了引人注目的进展，本文介绍了航电系统的概念、分析了新一代航电系统架构、总线网络和发展特征，提出了新一代航电系统的关键技术，总结了航电系统的发展趋势。
航空电子系统在整个作战飞行过程中担负着起飞、本机导航/引导、目标搜索/跟踪/识别、火控计算、武器投射和制导、电子战、通信等多重任务，是现代战机的“大脑”和“神经中枢”，是实现先敌发现、先敌攻击、先敌摧毁的关键，其技术水平的高低和性能的优劣直接影响到现代教练机的训练、作战能力。
1 概念航空电子系统（简称航电系统）是现代飞机装备的各电子分系统、设备的总称，包括综合显示控制管理（含显控处理机、平显、多功能显示器等）、目标探测（含机载雷达、光电探测装置等）、通信导航识别、本机信息（含惯导、大气数据计算机等）、任务计算机、电子战、外挂物（含武器）管理等分系统。
随着航电系统的发展，新一代教练机航电系统将某些分系统模块化综合，并将这些分系统通过机载多路通信传输总线互相交联，实现整个航空电子主要采用模块化综合航电结构，由多家模块供应商、机架集成商和专业模块供应商提供功能软件，进行部分功能综合，采用串行底板总线（非开放式系统结构）以及部分开放式机架/机箱结构。
第三阶段，主要是物理综合和功能综合。
系统综合范围更大，综合层次更深。
采用开放式体系架构，统一的机载数据网络交换技术、输入/输出统一布局和综合信息管理，系统资源高度共享。
图1为新一代航电系统(IMA)架构，该架构以综合处理机为中心，完成数据处理综合，探测传感器（含信号处理）雷达、电子战和通导按照综合模块化航电系统综合过程，采用模块化设计将数据处理综合进综合处理机，各模块与探测传感器、惯导、大气及大屏幕显示器之间通过交换式网络互联进行通信。
综合处理机中的处理模块通过驻留不同的应用（各数据处理、任务处理）综合实现航电系统的功能。
综合模块化航电系统适航审定要求分析
综合模块化航电系统适航审定要求分析赵长啸;阎芳;王鹏【摘要】综合模块化航电系统( IMA)的深度耦合、资源共享、强健分区等特性给传统的针对联合式航电系统的审定方法带来了挑战. 分析了适用于IMA系统审定的文件体系,给出了IMA系统符合性验证过程的典型活动,最后总结了针对IMA系统各审定阶段的审定要素和评审要求. 本研究可为我国解决IMA系统的审定问题提供理论基础.%The features of the integrated modular avionics( IMA) including resource sharing,robust partitio-ning and depth coupling brings a great challenge for the tradition airworthiness certification which aims at the federate avionics. The applicable IMA system validation file system is analyzed in this paper. The typi-cal activities of IMA system compliance verification process are given. Finally the review and validation el-ements for each certification stages of the IMA system are concluded. This study can provide a theoretical basis for the authority to solve the IMA system certification problem.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2015(055)010【总页数】7页(P1134-1140)【关键词】综合模块化航电;适航审定;安全性评估;体系结构【作者】赵长啸;阎芳;王鹏【作者单位】中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室,天津300300;中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室,天津300300;中国民航大学天津市民用航空器适航与维修重点实验室,天津300300【正文语种】中文【中图分类】TN06;V2431 引言机载电子系统是民用飞机机载系统的重要组成部分，占整个飞机成本的40%以上，承担着许多飞机重要功能，是未来解决航线拥挤，实现全天候、复杂气象条件起降的关键［1］。
基于模型的设计在综合模块化航电系统（IMA）网络资源分配中的应用分析
基于模型的设计在综合模块化航电系统（IMA）网络资源分配中的应用分析基于模型的设计在综合模块化航电系统(IMA)网络资源分配中的应用分析本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！综合模块化航电系统(Integrated Modules Avionics)是一种新型的航电系统架构，相比较于传统的航电系统架构，它取消了原各成员系统独立的LRU 部件，为各个子航电系统集中提供计算资源、网络资源合接口资源。
这样各子航电系统只需要提供相应的传感器(Sensor)、作动器(Effector)及驻留应用(Hosted Application)集成到综合航电系统中即可提供飞机级的功能。
资源的集中高效使用可大幅降低飞机体积、重量、成本。
在许多新型民用客机(B787、A380)及军用飞机(F35)中已有成功的应用。
民用的综合航电系统通常采用ARINC653 分时分区操作系统作为计算资源平台、ARINC664 改进的确定性以太网作为网络资源平台、提供ARINC429，ARINC825，ARINC 664，模拟量，离散量相互转换的接口单元作为接口资源平台。
由于综合航电系统需要依照外部需求统一分配计算资源、网络资源和接口资源，而在设计阶段，外部的需求常常需要进行调整变更，所以综合航电系统的部件级LRU(计算模块、交换机模块、接口模块)通常采用软件+ 配置文件的架构来平衡软件开发需求要求相对稳定而系统需求常常变化的要求。
配置文件通常会包含大量的计算、网络、接口参数且各LRU 间的参数间又有很强的相互耦合依赖关系。
配置文件的巨大工作量、资源分配相互的依赖性及开发阶段频繁调整变更的特性推动平台提供者开发一套自动化的工具去完成整个综合航电系统的资源的自动分配及配置文件的自动生成。
基于模型的设计的方法主要是用可扩展标记语言(XML)或图形化建模语言(UML)描述各软硬件部件的特性及架构，依据一定的规则驱动，自动分配资源，计算具体参数，生成于符合操作系统、接口芯片、总线规范的配置文件。
综合模块化航空电子(IMA)适航符合性方法研究
综合模块化航空电子（IMA）适航符合性方法研究作者：黄跃智来源：《科技视界》2016年第05期【摘要】综合模块化航空电子（IMA）已在一些新研和改进的机型中广泛运用。
本文在系统阐述IMA定义和合格审定指导材料的基础上，全面论述了IMA平台开发过程的设计考虑、认可时需满足的目标、认可过程中产生的符合性数据。
【关键词】综合化；模块化；设计考虑；符合性目标【Abstract】The integrated modular avionics（IMA） are being installed on a number of new or modified aircraft. This paper provides a definition of IMA， and overview of the existing IMA development and certification guidance， and then describes the design consideration， objectives，related activities and data of the IMA system.【Key words】Integrated； Modular； Design consideration； Compliance objectives0 引言综合模块化航空电子（IMA）是20世纪90年代发展起来的，由具有不同处理能力的硬件模块、不同应用功能的软件模块和使其相互联系及运行的总线组成，实现了系统模块硬件、软件的标准化与通用化，实现资源共享，系统重构，减少体积、重量、功耗，进一步降低系统的开发成本和维护成本。
然而，IMA的开发和审定尚没有一套完整的通用的指导材料。
本文主要目的是探索设计和审定IMA时满足相关适航要求的方法。
1 综合模块化航空电子（IMA）概述综合模块化航空电子（IMA）自诞生以来，处于不断的进化当中，各机构有不同的定义。
航电系统分布式IMA架构设计
72飞行与安全Flight and Safety中国航班航空与技术Aviation and Technology CHINA FLIGHTS航电系统分布式IMA 架构设计崔宇1 王永鑫2 杨乐文21中航西飞民用飞机有限责任公司IMA 架构被广泛采用，同时也暴露出综合区域功能复杂、数据吞吐量大、存储和散热等问题，分布式IMA 架构应运而生，本文通过架构设计、硬件设计、软件设计等方面对航电系统分布式IMA 架构进行了设计，提出了分布式IMA 架构航电系统设计时应着重解决的分区管理、网络构建、时间同步等关键技术。
关键词：分布式；IMA；航电系统1 前言飞机的航空电子系统随着航空电子技术的飞速发展，越来越多的采用综合模块化系统（简称IMA）架构，它通过统一的行业规范标准，为各功能驻留软件提供一个开放的平台资源。
相较于传统的联合式航电系统架构，IMA 架构可以减轻重量、降低能耗，在一定程度上提升系统功能的可靠性，提升了系统的可升级性和可维护性。
IMA 架构将各模块阵列和网络集成在一个机架内，在飞机平台减重、降耗等方面具有一定的优势，但同时也带来了综合区域功能复杂、数据吞吐量大、存储和散热等问题，为解决此问题，现代航空电子系统在设计时应采用分布式的IMA 架构，通过交换网络和分区操作系统，连接多种功能不同的异构计算机资源，将一个核心处理计算机变为多个分布式的计算机系统，更大范围内实现资源共享和系统综合。
2 架构设计依据SAE AS4893《通用开放结构（GOA）框架》标准，开放式的系统结构可分为4个层次：物理资源层、资源访问服务层、系统服务层和应用软件层。
联合标准航空电子系统结构委员会（ASAAC）初步制定了包括软件、通信/网络、公用功能模块、封装和系统结构等一系列标准[1]。
根据航空电子系统的发展特点和中间件技术的实现以及各种开放式架色的标准研究，结合GOA、ASAAC 和ARINC653的软件系统架构的标准和实例，图1所示的分布式IMA 逻辑架构可应用于分布式IMA 架构的航电系统设计中[2]。
综合模块化航空电子系统构型管理功能设计
综合模块化航空电子系统构型管理功能设计摘要：近年来，在我国科学技术不断进步下，带动了我国各领域的进步。
现阶段，构型管理功能是飞机提高安全性的重要功能之一，由于综合模块化航空电子系统的架构特点，其构型管理功能除了要保证软硬件构型一致外，还需要考虑配置数据。
本文分析了DO-297定义的构型管理功能设计要求后，针对不同配置数据的功能特点，把构型管理功能划分成配置数据生成、数据加载和兼容性校验三个步骤，并详细描述了各自的具体设计方案。
该整体方案已在项目中成功应用。
关键词：综合模块化航空电子系统；构型管理引言随着航空电子系统的发展，下一代航空电子系统呈现出集成化、模块化和复杂性的特点。
综合模块化航空电子设备具有资源共享、信息高度融合和软件集约化的特点。
相对于传统的航空电子系统，综合模块化航空电子(IMA)系统的各个模块通过协作、交互和资源共享的方式共同完成任务。
IMA作为航空电子系统架构的一种创新，能够有效地提高系统的效率，减轻系统的重量、降低功耗。
然而，随着集成规模的不断扩大和功能与资源交互的复杂化，也出现了一系列新的问题，这对航空电子系统的系统安全性提出了新的要求。
受工程经验的影响，传统的安全分析方法(如故障树分析、故障模式和影响分析)没有与系统设计相结合。
随着系统复杂性的增加，很难预测系统的所有行为(正常行为和异常行为)并列出系统的所有故障节点和影响。
同时，由于系统设计的反复，难以保证系统体系结构失效模式分析的一致性。
因此，这些传统的方法很难应用于目前高度复杂、集成化的航空电子设备。
即使在评估了之后，各个系统仍然存在意想不到的故障。
1、DO-297的构型管理功能要求RTCA和EUROCAE联合开发了DO-297用于指导IMA的设计、开发和应用。
该指南定义IMA系统由IMA平台和驻留应用组成。
驻留应用使用IMA平台提供的资源完成飞机功能。
IMA平台通过分区保护技术向驻留应用提供了共享资源（包括计算、网络、接口等）。
综合模块化航空电子IMA适航符合性方法研究
Science &Technology Vision科技视界0引言综合模块化航空电子(IMA)是20世纪90年代发展起来的,由具有不同处理能力的硬件模块、不同应用功能的软件模块和使其相互联系及运行的总线组成,实现了系统模块硬件、软件的标准化与通用化,实现资源共享,系统重构,减少体积、重量、功耗,进一步降低系统的开发成本和维护成本。
然而,IMA 的开发和审定尚没有一套完整的通用的指导材料。
本文主要目的是探索设计和审定IMA 时满足相关适航要求的方法。
1综合模块化航空电子(IMA)概述综合模块化航空电子(IMA)自诞生以来,处于不断的进化当中,各机构有不同的定义。
比较权威的是,RTCA 特别委员会200(SC 200)和EUROCAE 工作组71(WG-71)做了如下定义[1]:“IMA 是一组灵活的、可重用的、可互操作的共享硬件和软件资源,当把这些资源综合在一起时可以构建一个平台,该平台按一组确定的安全和性能需求进行设计和验证,能提供各种服务,并驻留执行飞机功能的应用”。
该定义强调的是平台本身,有些定义则指的是包括驻留应用的整个IMA 系统。
本文将使用RTCA/EUROCAE 的定义范畴,重点讨论IMA 平台本身的适航符合性方法。
2综合模块化航空电子(IMA)指导材料过去的十几年间,工业界和审定机构颁发了一系列适用于IMA 开发、综合、确认和验证的指导材料。
本节对主要的几份材料进行简要的概述。
(1)RTCA/DO-255。
RTCA/DO-255“航电计算机资源的需求规范”[2]颁布于2000年4月份,为适用于多种应用或合格审定项目的平台提供指南。
DO-255提供的指导包括分区管理、健康监控、软件的现场加载和一些其他的服务,但由于缺少必要的安装、综合、审定等内容,该文件并没有得到FAA 的认可。
(2)技术标准规定C153(TSO-C153)和咨询通告20-145(AC 20-145)。
TSO-C153“综合模块化航空电子硬件单元”[3]和AC 20-145“使用TSO-C153硬件单元的IMA 指南”[4]是FAA 于2002-2003期间颁布的。
综合模块化航空电子系统的构型索引要求
创新视点科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald3为了适应当前航空电子系统技术的迅速发展，满足未来大型客机对航空电子系统高灵活性、高可靠性以及便于升级换代的要求，开放式的综合模块化航空电子系统(Integrated Modular Avionics ，IMA)已成为当今国际航空电子系统发展的主要趋势，也是我国未来大型客机航空电子系统发展的方向[1]。
目前，HAWK Horizon、F D 728 jet、E mbr aer 170/190、Gu l f s t r e a m 等支线及公务机，B 787、A 380、A350等先进干线机[2]，以及我国正在发展的大型客机C919，均采用了IMA系统。
在民机上使用之前，I M A系统必需获得适航认可。
而I M A系统构型索引是适航认可IMA系统所要求的重要证据之一，它应提供I M A系统整个生命周期内完整的构型信息，保证IM A系统各子系统/部件的正确表达、IM A系统各子系统/部件之间关系的正确表达，将IMA系统各子系统/部件构型数据提供给其各子系统/部件使用，方便追踪I M A系统各子系统/部件的工程和技术文档（包括文档的变更）[3]。
但是，I M A系统高度综合、高度复杂，其包括模块、基础应用、I M A平台、驻留应用、I M A系统、飞机级I M A系统等，涉及I MA研发者、驻留应用研发者、IM A系统集成者、型号合格证申请人等多个参与方。
如何组织各参与方的各类信息以便有效的、系统性的表达I M A系统的构型索引，成为一个难点。
该文基于I M A系统可增量式获得适航认可这一特点，明确了IMA系统构型索引的组织方式，以及在该组织方式下构型索引应包含的主要信息，为我国大型客机I M A系统取证中准备构型索引提供了一种思路。
1 IMA系统增量式认可RTCA DO-297提供了一个IMA系统获得适航认可的方法：增量式认可[4]，即在取证过程中，I M A系统可通过分步完成如下六项任务来获得I M A系统的最终适航认可。
综合模块化航空电子系统
Science &Technology Vision 科技视界0引言20世纪90年代,飞机航空电子系统系统发展为综合模块化航空电子系统(Integrated Modular Avionics,IMA),使得飞机进入了一个全新时代。
IMA 平台下能够驻留种类繁多、不同功能、不同安全等级的应用,将传统的单独的航空电子系统集中一个通用的平台上,其具有资源分配最优化、最大限度地减小系统体积和重量、降低设备能源消耗等优点。
IMA 系统是一种开放式系统结构,平台软件和硬件的更新可独立进行,使得修改或升级飞机系统功能都比较容易,满足了飞机经济性、维修性以及不断增长的功能需求。
当前新一代飞机除了将数据处理功能和通信、导航和显示等航电功能综合进IMA 平台外,一些非航电系统功能,如液压、燃油、电源等系统也被集成到平台里。
因此,综合模块化航电系统已经成为飞机的发展趋势,对IMA 系统的研究显得越来越重要。
本文综述了航空电子系统的发展历史和IMA 系统的概念、架构、软件平台以及应用现状。
1航空电子系统发展历史航空电子在早期主要是支持飞机起飞、着陆、导航、通信的电子系统。
随着技术进步,航空电子系统慢慢发展成包括飞行管理、飞行控制、导航、数据与语音通信、综合监视与机载告警、客舱娱乐、座舱显示、机内通话等主要功能系统。
随着飞机功能、设计需求的增多以及电子技术的进步,航电系统的重要性得到不断地提高,并逐步向综合化、模块化、开放式的方向发展。
航空电子系统对于飞机的安全性和可靠性越来越重要,同时也不断地提高飞机的经济性和舒适性,因此航空电子系统在飞机设计中的重要性不断提高。
先进的航空电子系统目前已成为先进飞机的一个重要特征。
航空电子系统的发展经历了分立式、联合式、综合式到先进综合式这4个阶段。
图1给出了4种航空电子系统的演变。
图1航空电子系统的发展1.1分立式航空电子系统在分立式航空电子系统时代,所有的航空电子系统都是独立的,每一个航空电子系统都是单独完成某个特定的功能,对航空电子系统的操作相当复杂。
综合模块化航空电子系统软件体系结构综述
第30卷 第10期航 空 学 报Vol 130No 110 2009年 10月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Oct. 2009收稿日期:2008208228;修订日期:2008211218基金项目:总装备部预研基金(9140A17020307JB3201);空军工程大学工程学院优秀博士论文创新基金(BC07003)通讯作者:褚文奎E 2mail :chuwenkui @1261com 文章编号:100026893(2009)1021912206综合模块化航空电子系统软件体系结构综述褚文奎,张凤鸣,樊晓光(空军工程大学工程学院,陕西西安 710038)Overvie w on Soft w are Architecture of Integrated Modular Avionic SystemsChu Wenkui ,Zhang Fengming ,Fan Xiaoguang(Institute of Engineering ,Air Force Engineering University ,Xi ’an 710038,China )摘 要:作为降低系统生命周期费用(L CC )、控制软件复杂性、提高软件复用程度的重要手段之一,软件体系结构已成为航空计算领域的一个主要研究方向。
阐述了综合模块化航空电子(IMA )的理念,分析了推动IMA 产生和发展的主要因素。
总结了ARINC 653,ASAAC ,GOA 以及F 222通用综合处理机(CIP )上的软件体系结构研究成果,并讨论了IMA 软件体系结构需要解决的若干问题及其发展趋势。
在此基础上,对中国综合航电软件体系结构研究提出了一些见解。
关键词:综合模块化航空电子;软件体系结构;开放式系统;软件工程;军事工程中图分类号:V247;TP31115 文献标识码:AAbstract :As an important means to decrease system life cycle cost (L CC ),control software complexity ,and improve the extent of software reuse ,software architecture has been a mainstream research direction in the aeronautical computer field.This article expatiates the concept of integrated modular avionics (IMA ).Three major factors are analyzed which promote the development of IMA architecture.IMA software architectures presented by ARINC specifications 653,ASAAC ,GOA ,and F 222common integrated processor (CIP )are summarized.Discussion about some problems to be solved and the development trend is made for IMA soft 2ware architecture.Finally ,some views are presented about IMA software architecture research in China.K ey w ords :integrated modular avionics (IMA );software architecture ;open systems ;software engineering ;military engineering 军用航空电子系统(以下简称:航电)是现代战机的“中枢神经”,承载了战机的绝大部分任务,比如电子战、通信导航识别(CN I )系统等,是决定战机作战效能的重要因素。
综合模块化航电(IMA)系统设计方法研究
D OI：10.16 6 6 0/ j.c n k i.1674-0 98X.2015.34.021
科技创新导报 2015 NO.34
Science and Technology Innovation Herald
综合模块化航电(IMA)系统设计方法研究①
高凌岚 杜晓鹏 （上海飞机设计研究院航电部 上海 201210）
2.1 硬件设 计 IM A通用处理平台由互为备份的两个处理机柜
(Comp u t i n g Re s ou rc e Cab i net)构成。每 个CRC的处 理 资源由安装 在其内部的多个 通用处 理模 块 (GPM)提 供。每 个 GPM都 是 一 个 独 立 的处 理模 块，并 采用 Vx work s 653作为 GPM的驻留操作系统，在 这 种 结 构下 可以使多种不同的应 用 同时 驻留在 处 理 模 块 的实 时分区操 作系统 上，操 作系统 为不 同驻留应 用提 供 必 要的基础 类的服务，以满足 I M A通用处 理 平台的应 用需求。每台CRC内置的2个数字交换 模 块(ACS)为 处理机 柜中的系统处理模 块(GPM)提 供双余度、全双工、符合 A RINC6 6 4 p7总线要求的 数 据交换 功能。CRC为整个IM A 通用处 理平台提 供主要的 数 据处 理资源 和 信息交 换资源。两 个CRC机 柜 之间通 过10 0 M全双 工、双余度A R INC6 6 4总 线 实 现 数 据 的 交 换。CRC 在 正常工作 状 态，无 需人 为 介入。
图1 IMA系统通用处理平台软件组成 ①作者简介：高凌岚(1985,11—)，女，陕西 西安人，硕士，工程 师，从事大 型客 机 航 空电子系统 集成 技 术 研究。
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
综合模块化航电(IMA)硬件单元
审： a. 硬件单元规范和功能鉴定规范，用来鉴定每件设备是否符合本
CTSO 要求； b. 设备校准程序； c. 持续适航文件； d. 原理图； e. 材料和工艺规范； f. 按本 CTSO 第 3.e 节要求的环境鉴定试验的结果； g. 如果设备包含软件，提供 RTCA/DO-178B 中规定的所有相关
-8-
CAAC
CTSO-C153
附录 1 综合模块化航电硬件单元最低性能标准（MPS）制定准则 1. 附录结构
本附录包括如下内容： a. 第 2 至 3 节对硬件单元最低性能标准进行了说明和概述。 b. 第 4 至 7 节为制定硬件单元最低性能标准和试验条件提供指 南。 c. 第 8 至 9 节介绍制定最低性能标准时安装和运营性能方面的 考虑因素。 2. 概述 a. 本附录为欲申请 CTSO-C153 批准的 IMA 硬件单元提出了最 低性能标准制定准则。附录涉及制造人应在最低性能标准中考虑并需 要说明的硬件性能特征，并在数据单中汇总（见本 CTSO 第 8 节）。 b. 对于本 CTSO，硬件单元包含如下内容： （1）模块（存在包含支持软件加载和/或电子件号的软件情况）。 这些模块只有安装在指定机柜或机架之后，才会运行。模块类型可包 括数据处理模块、供电模块、通信和数据总线模块等。 （2）装载 IMA 模块的机柜或机架。这些机柜或机架可能是简单 的机械外壳，或者可能综合主动冷却单元、供电、通信接口、数据和 电源底板，或任何这些特征的组合。 c. 传统的航电系统由专用的可更换组件（LRU）构成，这些 LRU 执行特定的功能，例如自动飞行、飞行管理和飞行驾驶舱显示器。局 方为这些 LRU 及其功能制定相应的 CTSO。但随着数字技术的发展，
综合模块化航电IMA硬件单元
综合模块化航电（IMA）硬件单元1. 目的本技术标准规定（CTSO）适用于为综合模块化航电（IMA）硬件单元申请技术标准规定项目批准书（CTSOA）的制造人。
本CTSO 规定了综合模块化航电硬件单元为获得批准和使用适用的CTSO标记进行标识所必须满足的最低性能标准（MPS）。
2. 适用范围a. 本CTSO适用于自其生效之日起提交的申请。
本CTSO具体针对以下硬件单元：（1）硬件模块；（2）装载硬件模块的机柜或机架。
b. 符合本CTSO要求的硬件单元可用来支持功能CTSO设备或按照CCAR-21、23、25、27、29、33或35部批准的系统（例如，作为型号合格证组成部分批准的刹车系统）。
功能CTSO的批准和飞机级批准不在本CTSO的范围之内。
c. 附录3给出了硬件单元的相关术语。
d. 按本CTSO批准的综合模块化航电硬件单元，设计大改应获得CAAC的批准。
参见CCAR-21R3第21.313条。
3. 要求在本CTSO生效之日或生效之后制造并欲使用本CTSO标记进行标识的硬件单元，必须满足硬件单元最低性能标准。
本CTSO附录1给出了综合模块化航电硬件单元最低性能标准制定准则。
a. 功能：本CTSO适用于预期满足按本CTSO附录1准则制定的最低性能标准的设备。
本CTSO不针对预期执行的飞机级功能，而是为支持接收、处理和输出数据等通用功能的硬件提出环境鉴定试验要求。
获得本CTSO批准的硬件单元在加载相应软件程序时，也可能需要满足其他CTSO功能要求。
对于软件与硬件的组合，应使用适用的CTSO对其进行额外的CTSO功能批准。
设备或系统执行的未获得CTSO批准的功能，必须在装机过程中由局方评估和批准。
b. 功能限制：（1）本CTSO不适用于为目标发射器生成无线电频率信号的设备。
（2）本CTSO针对的软件功能仅限于支持电子件号和/或功能软件加载的软件。
c. 失效状态类别：失效状态类别取决于在特定飞机环境中执行的功能及其用途。
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综合模块化航电（IMA）硬件单元1. 目的本技术标准规定（CTSO）适用于为综合模块化航电（IMA）硬件单元申请技术标准规定项目批准书（CTSOA）的制造人。
本CTSO 规定了综合模块化航电硬件单元为获得批准和使用适用的CTSO标记进行标识所必须满足的最低性能标准（MPS）。
2. 适用范围a. 本CTSO适用于自其生效之日起提交的申请。
本CTSO具体针对以下硬件单元：（1）硬件模块；（2）装载硬件模块的机柜或机架。
b. 符合本CTSO要求的硬件单元可用来支持功能CTSO设备或按照CCAR-21、23、25、27、29、33或35部批准的系统（例如，作为型号合格证组成部分批准的刹车系统）。
功能CTSO的批准和飞机级批准不在本CTSO的范围之内。
c. 附录3给出了硬件单元的相关术语。
d. 按本CTSO批准的综合模块化航电硬件单元，设计大改应获得CAAC的批准。
参见CCAR-21R3第21.313条。
3. 要求在本CTSO生效之日或生效之后制造并欲使用本CTSO标记进行标识的硬件单元，必须满足硬件单元最低性能标准。
本CTSO附录1给出了综合模块化航电硬件单元最低性能标准制定准则。
a. 功能：本CTSO适用于预期满足按本CTSO附录1准则制定的最低性能标准的设备。
本CTSO不针对预期执行的飞机级功能，而是为支持接收、处理和输出数据等通用功能的硬件提出环境鉴定试验要求。
获得本CTSO批准的硬件单元在加载相应软件程序时，也可能需要满足其他CTSO功能要求。
对于软件与硬件的组合，应使用适用的CTSO对其进行额外的CTSO功能批准。
设备或系统执行的未获得CTSO批准的功能，必须在装机过程中由局方评估和批准。
b. 功能限制：（1）本CTSO不适用于为目标发射器生成无线电频率信号的设备。
（2）本CTSO针对的软件功能仅限于支持电子件号和/或功能软件加载的软件。
c. 失效状态类别：失效状态类别取决于在特定飞机环境中执行的功能及其用途。
失效状态类别划分必须由安装批准过程中的安全性评估来确定，不属本CTSO范围。
制造商必须声明每个硬件单元的硬件设计保证等级和软件等级。
任何关于飞机安装、软硬件接口、或硬件设计保证等级和软件等级的假设，都应进行声明，并应包含在安装限制或说明中。
d. 功能鉴定：制造商必须为每个硬件单元定义最低性能标准。
根据附录1第5节，在最低性能标准中必须详细说明功能鉴定构型。
每个硬件单元的预期性能都必须符合制造商依据附录1准则制定的最低性能标准。
注：如果用于软件加载和/或电子件号的软件按照本CTSO进行批准，则在IMA系统安装批准过程中，必须由局方对软件功能进行确认。
e. 环境鉴定：制造商必须按附录1第6节中指定的条件对设备进行试验，参照RTCA/DO-160D（Change 3，2002.12.5）《机载设备环境条件和试验程序》。
注：通常情况下，RTCA/DO-160D（包括Change 1和Change 2）或早期版本不再适用，如果使用该版本则需按照本CTSO第3.i节中的偏离要求进行证明。
f. 软件设计保证：硬件单元可以包含支持软件加载和/或电子件号的软件。
本CTSO仅适用于这类软件。
如果包含此类软件，则必须根据硬件单元制造商确定的软件等级，按照RTCA/DO-178B《机载系统和设备合格审定中的软件考虑》（1992.12.1）进行研制。
g. 硬件设计保证：如果硬件单元包含无法通过试验和/或分析来评估功能的电子设备，则必须根据硬件单元制造商确定的设计保证等级，按照RTCA/DO-254《机载电子硬件的设计保证指南》（2000.8.19）进行研制。
h. 构型管理：制造商必须使每个硬件单元具有支持强健的自动构型管理功能的设计特征。
该功能在实际安装前可能不会完全运行。
制造商必须能够表明，无论通过机械方式还是自动电子监控集成的组件，高层级的组件都只会按照预期设计进行组装，或者错误的组装可以在启动的时候探测到。
而且，对于需要与其他系统设备通过机械或电气连接器进行连接的各个硬件单元，制造商必须能够表明每个单元，无论通过机械方式还是自动电子监控更高层级的组装，都可以避免或在派遣前探测到错误的连接。
在对每个指定飞机构型中安装的IMA 系统进行安全性评估过程中，制造商必须考虑构型管理设计特征的失效。
i. 质量控制。
为符合本CTSO中针对硬件单元的标准，制造商必须能够提供质量控制方面的说明资料，并满足CCAR-21R3第21.143条和第21.310条（三）2要求。
此外，每个制造的硬件单元都必须符合批准的型号设计。
j. 偏离。
如果采用替代或等效的符合性方法满足本CTSO规定的最低性能要求准则，申请人必须表明硬件单元保持有等效的安全水平。
申请人在提交数据资料之前，应按照CCAR-21R3第21.310条(二)条要求申请偏离。
4. 标记申请人应将CCAR-21R3第21.312（四）中规定有关CTSOA标记的所有信息持久且清晰地标记在按本CTSO制造的每个硬件单元上。
此外：a. 为便于维护，可将硬件单元的件号标记在硬件单元上的多个位置。
b. 按本CTSO制造的每个单独的硬件单元，也可以通过使用外部方式（例如电子显示）来确定所需的信息。
c. 按本CTSO批准的硬件单元可以包含支持电子件号和/或功能软件加载的软件。
d. 如果硬件单元包含软件（即支持电子件号和/或功能软件加载的软件），可为硬件和软件使用不同的件号。
e. 每个件号必须确定唯一的构型（包括更改状态）。
f. 按本CTSO批准的机架或机柜必须标识“CTSOA机架”或“CTSOA机柜”，并应将该标识放置在CTSO铭牌或靠近铭牌处。
5. 申请资料要求申请人必须向负责该项目审查的人员提交相关技术资料，以支持设计和生产批准。
提交资料包括CCAR-21R3第21.310条（三）3中规定的符合性声明及以下技术资料的副本。
a. 运行说明和设备限制，包括对强健的自动构型管理设计特征的描述。
b. 安装程序和限制。
该程序必须确保按照其进行安装后的硬件单元可以持续满足本CTSO的要求。
（1）限制必须确定所有安装问题，必须包括如下声明：“本硬件单元CTSO批准所依据的是最低性能标准中要求的条件和试验。
如需要将该硬件单元安装在具体型号或某类型号时，安装人员负责确定安装条件符合本CTSO要求。
只有当申请人通过评估提出可接受的安装方法并获得局方批准时，才可对此硬件单元进行安装。
”（2）如果硬件单元包含支持电子件号和/或功能软件加载的软件，则按本CTSO应用的软件等级必须与安装安全性评估一致，并记录在安装程序和限制中。
c. 安装原理图。
d. 安装布线图。
e. 符合本CTSO的硬件单元的部件清单及件号。
f. 部件维修手册（CMM）。
包括对部件周期维护、检查和维修的说明，以保证硬件单元的持续适航，包括建议的检查间隔和使用寿命。
该手册应满足CCAR-21R3中第21.50对持续适航文件的要求。
g. 材料和工艺规范清单。
h. 用于对每个硬件单元进行环境鉴定的试验条件的总结。
i. 本CTSO第8节中的制造商数据单。
j. 每个硬件单元的最低性能标准。
（参见附录1，最低性能标准制定准则）。
k. 制造商CTSO鉴定试验报告。
l. 铭牌图纸，应包含本CTSO中第4节所要求的信息。
m. 定义硬件单元设计的图纸和工艺清单（包括修订版次）。
n. 按CCAR-21R3第21.143条和第21.310条（三）2的要求提供质量控制系统（QCS）方面的说明资料，其中包括每个硬件单元产品的功能试验规范，以确保符合最低性能标准。
o. 如果硬件单元包括软件，则还应提供软件合格审定计划（PSAC）、软件构型索引和软件完结综述。
注：局方建议申请人在软件开发过程中尽早提交PSAC。
p. 如果硬件单元包含无法通过试验和/或分析评估功能的电子设备，则还应提交硬件合格审定计划（PHAC）、硬件构型索引和硬件完结综述。
注：局方建议申请人在电子设备开发过程中尽早提交PHAC。
q. 查看CTSO相关电子件号的说明（如适用）。
6. 制造人资料要求除直接提交给局方的资料外，还应准备如下技术资料供局方评审：a. 功能鉴定规范，用来鉴定每件设备是否符合本CTSO要求；b. 设备校准程序；c. 持续适航文件；d. 原理图；e. 材料和工艺规范；f. 按本CTSO 第3.e节要求的环境鉴定试验的结果；g. 如果设备包含软件，提供RTCA/DO-178B中规定的所有相关文档，包括所有支持RTCA/DO-178B附录A中相关目标的资料、由软件等级确定的过程目标和输出；h. 如果硬件单元包含无法通过试验和/或分析评估功能的电子设备，则还应根据硬件设计保证等级，按照RTCA/DO-254提供相关文档。
7. 随设备提交给用户的资料要求如欲向一个机构（例如运营人或修理站）提供一件或多件按本CTSO制造的硬件单元时，则应随设备提供本CTSO第5.a节到第5.i 节的资料副本，以及所有保证硬件单元正确安装、审定、使用和持续适航所必须的其他资料。
8. 制造人数据单按本CTSO制造硬件单元的制造商必须向局方和运营方提交一份数据单，总结和交流硬件单元的设计细节。
CTSOA获批后局方会附上该数据单。
本CTSO附录2包含一份数据单格式及所需包含信息的样例。
制造人可以通过其他格式提交数据，但必须包含附录2中列举的所有信息。
如果资料表中部分内容不适用，标记“不适用”。
9. 引用文件a. RTCA 文件可从以下地址订购：RTCA Inc., 1150 18th Street, N.W., Suite 910, Washington, DC 20036, 也可通过网站订购：。
b. FAA咨询通告AC 20-170可通过网站获得：。
附录1综合模块化航电硬件单元最低性能标准（MPS）制定准则1. 附录结构本附录包括如下内容：a. 第2~3 节对硬件单元最低性能标准进行了说明和概述。
b. 第4~7 节为制定硬件单元最低性能标准和试验条件提供指南。
c. 第8~9 节介绍制定最低性能标准时安装和运营性能方面的考虑因素。
2. 概述a. 本附录为欲申请CTSO-C153 批准的IMA硬件单元提出了最低性能标准制定准则。
附录涉及制造商必须在最低性能标准中考虑并需要说明的硬件性能特征，并在数据单中汇总（见本CTSO第8节）。
b. 对于本CTSO，硬件单元包含如下内容：（1）模块（可能会包含支持软件加载和/或电子件号的软件）。
这些模块只有安装在指定机柜或机架之后，才会运行。
模块类型可包括数据处理模块、供电模块、通信和数据总线模块等。
（2）装载IMA模块的机柜或机架。
这些机柜或机架可能是简单的机械外壳，或者可能综合主动冷却单元、供电、通信接口、数据和电源底板，或任何这些特征的组合。