综合模块化航电(IMA)硬件单元
综合模块化航空电子系统标准述评_丁全心
。
通 用 功 能 模 块 标 准 （ CFM ） 定 义了通 用 功 能 模 块 的 功 能 和 基 本 定义了以下通用功能模块： 数 接口， 据处理模块（ DPM ） ， 信号处理模块 （ SPM ） ， 图 像 处 理 模 块 （ GPM ） ， 大 容量存储模块（ MMM ） ，网 络 支 持 模块 （ NSM ） 以 及 电 源 转 换 模 块 （ PCM ） 。 标准给出了通用功能模块的逻 见图 3 。 辑单元组成，
应满 足 系 统 对 容 错 、 MOS 接口由软件标准定义， CPU 时间等） ， 其中， 给出了系 MPI 由封装标准定义， 通信 / 网络标准 综合测试和维护的要求， 对 MLI 的网络属性给出了专门描述。 统故障的处理策略和流程 。 3 ） 系统初始化和关机 。 ① 模块逻辑接口的网络属性 。
其中包括 7 制定 了 系 统 要 求 指 南， 个部分， 该指南只提供指导建议， 并
通用功能模块逻辑单元组成 Logical unit composition of the common functional modules
［4 ］
不是强制性的 。 1 ） 系统管理指南 。 系统管理指南定义系统管理由 位于 系 统 管 理 层 的 应 用 程 序 管 理 （ AM） 和位于操作系统层的通用系统 管理（ GSM ） 组成， 负责系统由加电、 起飞、 飞行到进场着陆、 系统关闭整 个阶段的控制管理。 2 ） 故障管理 。 故障管 理 描 述 了 系 统 、 部件及 其组合的故障管理， 要求每种故障 管理都应评估其覆盖面 、 准确性 、 速 使 用 资 源 （ 如 网 络 带 宽、 内 存、 度、
丁全心
1， 2
（ 1． 光电控制技术重点实验室， 河南 洛阳 471009 ； 2． 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 ， 河南 洛阳 471009 ） 综合模块化航空电子系统 （ IMA ） 是航电系统的发展方向， 其技术标 F22 、 F35 、 准对新型军机、 民机航电系统开发具有重要指导作用， 阵风、 A380 、 B787 等飞机的航电系统均采用了其有关概念和技术 。重点评述了 ASAAC 有关系统架构、 系统软件、 通信 / 网络、 通用功能模块、 封装等技术 标准， 以及 ARINC 等有关标准。
1.综合模块化航空电子体系结构研究
综合模块化航空电子体系结构研究张凤鸣, 褚文奎, 樊晓光, 万 明(空军工程大学工程学院,西安 710038)摘 要:军用航空电子系统体系结构关系到战机的可靠性、安全性、可用性、生存性、扩展性和维修性等方面。
综合模块化航空电子(I M A )是目前机载航空电子系统结构发展的最高阶段,其特征和优势已经在美国四代机上得到充分展现和发挥,为我国四代机综合航电的研制工作提供了参考依据。
回顾了机载航空电子体系结构的发展史,分析了推动I M A 体系结构发展的3个主要因素,归纳了I M A 的特点,从信息流处理的角度对I M A 体系结构进行了划分,并研究了适应于I M A 的两种典型的综合航电软件体系结构,指出了发展趋势。
最后就我国综合航电体系结构的研究和发展所面临的问题进行了初步探讨。
关键词:综合模块化航空电子;航空电子体系结构;软件体系结构;四代机中图分类号:V243 文献标志码:A 文章编号:1671-637X (2009)09-0047-05Research on Arch itecture of I n tegra ted M odul ar Av i on i csZHANG Feng m ing, CHU W enkui, F AN Xiaoguang, WAN M ing(Engineering College,A ir Force Engineering University,Xi πan 710038,China )Abstract:The architecture of avi onic syste m is of great i m portance for reliability,safety,availability,survivability,extensibility and maintainability of the whole aircraft syste m.I ntegrated Modular Avi onics(I M A )is the ne west avi onic architecture,which has been fully used in F 222and F 235with great perfor mances .Devel opment of integrated avi onics in China can get s ome references and experiences fr om I M A and its app licati ons .Based on the evoluti on of avi onics architectures,three maj or fact ors that dr ove the devel opment of I M A are analyzed,and features of I M A are summarized .I M A architecture and its s oft w are architectures are then p resented .The I M A architecture is divided fr om the vie w of infor mati on p r ocessing .T wo of the most typ ical s oft w are architectures used in I M A are compared with each other and the devel opment tendency of s oft w are architecture is discussed .A t last,s ome advices are p resented about how t o research and devel op avi onics architecture in China .Key words:I ntegrated Modular Avi onics (I M A );avi onic architecture;s oft w are architecture;the 4thgenerati on aircraft0 引言如果说发动机是战机的“心脏”,那么军用航空电子系统(简称航电)则是战机的“大脑”或“中枢神经”。
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。
对飞机综合模块化航电系统总体设计的分析
1 综合模块化航电系统架构分析
IMA的平台架构如下：在单LRU形式架构中，主要特点 在于驻留多个应用，可完成多项飞行功能，具有分区功 能，在LRU中具有共享处理、I/O与共享网络；在平台应用 间可对程序接口进行定义；在分布式平台中，该架构具有 较强的实时性、容错性与分布性，在通信网络资源基础上 进行工作，不但可在LRU之间进行鲁棒性分区，还可在LRM 间进行分区，在任意通信网络出现单点故障时，该平台仍 然可为鲁棒性分区提供通信业务，主要特点在于：资源共
参考文献 [1] 马宪民,张兴,张永强.基于支持向量机与粗糙集的隔爆电动
机故障诊断[J].工矿自动化,2017,43(2):35-40. [2] 姜宁,刘维福.振动测试技术在旋转设备故障诊断中的应用
[J].煤炭科学技术,2017(S1):161-163. [3] 陈丽芬,吴运新,周鹏,等.功率谱分析在抛光机磨头故障诊断
（1）分层结构，使各层间处于相对独立状态，为各层 独立运行提供有力支持，使系统的稳定性、安全性得到显著 提升，节约系统升级费用，如综合、开发与测试等方面。
（2）应用软件层与系统操作层的接口相一致，使系统更 具开放性，在各个层次中得到可靠的运行与移植；通过模块 化设计的方式，提高系统各层的配置能力与功能扩展水平。
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］。
多核处理器在综合模块化航空电子系统中的应用
多核处理器在综合模块化航空电子系统中的应用【摘要】随着综合模块化航空电子系统（IMA）的广泛应用，对IMA的开发和概念解读也随之变得重要。
目前，在实现了第一代IMA平台的基础上，下一代IMA平台的架构已提上日程。
本文分析了利用虚拟化技术将多核处理器应用于航空电子系统的设计，利用虚拟机系统来实现硬件资源的共享管理和软件子系统的划分，并符合ARINC653规范的要求――模块化、可靠性、隔离性与开放性。
构建由多核心硬件平台、虚拟机监视器（VMM，Virtual Machine Monitor）和分区操作系统、航电应用软件所组成的软件架构，可以满足综合模块化航电系统（IMA，Integrated Modular Avionics）的功能要求与接口要求。
其中，为实现符合ARINC653要求的VMM，传统分区操作系统需要进行多项关键性调整，包括处理器特权级和特权指令、中断、内存地址空间分配、设备驱动等方面，从而可以构造基于VMM的综合化航空电子系统。
【关键词】综合模块化航空电子系统；虚拟化；多核处理器航空电子系统是飞机的重要组成部分，其系统结构不断演变，经历了分立式、联合式、综合化到高度综合化的发展过程。
综合模块化航空电子系统（IMA）则是目前需求发展的最新成果，IMA具有模块化、系统容错、鲁棒分离和动态重构、支持多传感器综合和信息融合等突出的技术特征；提高了系统的可靠性、集成性、维修性、任务能力等；从而大幅度提高了飞机的整体性能，减少了机载设备的重量、体积，降低了成本。
国外根据新一代航电的技术特点，提出了高安全、高可靠的实时操作系统的概念，并给出相应的标准，如美国航电委员会编制的ARINC653以及北约组织的联合标准航空电子系统结构委员会ASAAC制定的软件标准DO-178B等。
为解决实时系统中共享计算资源的各任务模块之间保护的问题，前者对航电系统提出了新要求，引入了分区（partition）的概念；后者则主要对系统的安全等级评价建立了一系列评估和测试的标准，航电系统软件必须通过上述规范的测试，才能被进一步实用化。
航电体系结构发展历程
航电体系结构发展历程1航电体系结构发展历程20世纪40年代至60年代前期，战机的航电设备都有专用的传感器、控制器、显示器和模拟计算机。
设备之间交联较少，基本上相互独立，不存在中心控制计算机。
这是第一代航电结构，称为分立式n。
21、离散式‘3。
1或模拟式结构哺1(Independent／AnalogAvion-ics)，代表机型有F一4。
其特点是专用性强、灵活性差、信息交换困难。
20世纪60年代中期，数字计算机开始大量用于机载导航和火控计算，形成控制中心，其他模拟计算子系统比如大气数据系统等通过A/D,D/A转换与之交互。
由于具有中心控制计算机，所以这一时期的航电被称为集中式体系结构[of，代表机型有F一111 D等。
20世纪70年代，集中式结构里的模拟计算机逐渐为数字计算机所取代，形成了功能各自独立的子系统或航电设备，通过1553B多路数据总线交联并与中心计算机进行通信。
这种集中分布式结构[[}l是航空电子数字信息化的结果，实现了信息链后端控制与显示部分的资源共享。
而模块化软件设计技术的使用既降低了研制经费、缩短了研制周期，又增强了系统的可维护性和可扩展性。
代表机型有F一15 ,F一16等。
由于集中式和集中分布式体系结构都处于航电计算机由模拟式向数字式全面过渡阶段，因而大多数研究者倾向于将二者划到一起，统称为联合式〔‘一，]，归属第二代航电体系结构。
20世纪80年代，宝石柱计划[[s]刻画了一种新的综合航电结构，提出了模块化、开放式、高容错性和高灵活性等需求。
它以VLSI技术、数字信号处理技术和图像处理技术为基础，通过对射频部件和天线口径的广泛共享，实现了航电各子系统(如雷达、电子战等)的传感器信号和数据的高度综合处理。
代表机型是F-220199。
年以来，综合航空电子随着宝石台计划[[al的开展得到进一步延伸。
它采用开放式体系结构，充分应用商用货架(COTS)产品实现软件和硬件功能单元.使用统一光纤网连接所有功能区，并推动雷达、电子战、CNI等射频部件的综合，整个系统的综合能力较宝石柱计划阶段大为增强，因此又被称为先进综合航空电子[6-7]。
简析综合模块化航空电子系统的可靠性设计
简析综合模块化航空电子系统的可靠性设计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！1概述传统的国内外航空电子系统是基于专用硬件和软件开发的，现今许多航空电子系统均成功运行于这种配置上。
但自20世纪初，航空电子设备设计的复杂性程度己大大提高，这些专用设备的高额全寿命周期费用渐渐成为航空电子系统设计中一个最大的问题。
伴随着该问题而提出的新一代综合模块化航空电子(IntegratedModularAvionics,IMA)系统在国外开始研制。
新的综合模块化航空电子系统通过采用开放式体系结构和标准化以及通用化的设计，大大提高了系统的兼容性、可移植性、可扩展性，并具有较高的可拓展性和可维护性，降低了系统的寿期费用。
目前非常具有代表性的IMA系统标准有欧洲的联合标准化航电系统架构协会(AlliedStandardAvionicsArchitectureCouncil,ASAAC)标准。
但是，ASAAC标准侧重于考虑系统的模块化、可扩展性和可维护性，对系统的可靠性考虑不够详细。
而美国航电委员会提出的ARINC653标准却对系统的可靠性有非常好的改进。
本文参考这2个标准给出一种融合IMA系统可靠性、模块化、可扩展性设计方法。
2ASAAC系统架构ASAAC标准从软件结构、机械结构、网络功能、通信功能和通用模块方面对综合模块化的航空电子系统进行了规定，此外还制定了非强制性的系统实现指导方针。
从通用性方面，ASAAC对模块从功能上进行划分，包括数据处理模块、图形处理模块、大规模存储模块、电源转换模块、网络支持模块等，规范对模块的软件架构和硬件组成都作了严格规定，标准化设计为实现资源的重用和系统重构提供了前提条件，同时也提高了系统的可移植性和可维护性。
ASAAC模块软件体系结构分为以下3层：(1)模块支持层(ModuleSupportLayer,MSL)，与MSL底层硬件直接通信，提供硬件自检和时钟管理等功能，并向操作系统层提供统一的接口金属氧化物半导体(MetalOxideSemiconductor,MOS)管，同时MSL通过多处理器链路接口(MultiprocessorLinkInterface,MLI)的信息进行模块间的通信，完成系统引导的功能。
综合模块化航电(IMA)硬件单元
编 号：CTSO-C153日 期：局长授权批 准：中国民用航空技术标准规定本技术标准规定根据中国民用航空规章《民用航空材料、零部件和机载设备技术标准规定》（CCAR37）颁发。
中国民用航空技术标准规定是对用于民用航空器上的某些航空材料、零部件和机载设备接受适航审查时，必须遵守的准则。
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。
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。
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。
211133623_综合模块化航电资源分配研究
航空航天科学技综合模块化航电资源分配研究马朝军黄世杰*付玉堂张夏庆（吉太航空科技研究院（苏州）有限公司江苏苏州215400）摘 要：综合模块化航电（IMA）的架构具有高度综合化及软硬件资源可共享、可配置、可重用等特点，这种构架显著降低了航电系统升级、系统综合工作的难度，同时对航电系统的开发提出了新的挑战。
本文简要介绍了IMA的系统架构与设计过程；对驻留功能资源需求的确定方法、系统资源分配流程进行了分析；基于“假设—保证”的研究方法，探讨了IMA资源分配自动化工具的设计思路。
关键词：综合模块化航电资源分配驻留功能系统集成中图分类号：V243文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0075-06 Research on Integrated Modular Avionics Resource AllocationMA Zhaojun HUANG Shijie* FU Yutang ZHANG Xiaqing( Getai Aviation Technologies Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu Province, 215400 China ) Abstract: The Integrated Modular Avionics (IMA) architecture is highly integrated, sharable, configurable, and reusable of the hardware and software resources. This architecture significantly reduces the difficulty of upgrading and system integration of avionics system. At the same time, it brings new challenges to the development of avionics system. This paper briefly introduces the IMA system architecture and design process. The determination method of resident functional resource requirements and the system resource allocation process are analyzed. Based on the research method of "assumption-guarantee", the design idea of IMA resource allocation automation tool is discussed.Key Words: IMA; Resource allocation; Hosted function; System integration国内外传统的航空电子系统是基于专用硬件和软件开发的，目前，大多数运营中的飞机航空电子系统均是采用这种方式实现。
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。
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
IMA系统模块配置数据生成技术的研究与实现
IMA系统模块配置数据生成技术的研究与实现摘要：arinc 653标准（航电应用软件标准接口）在基于ima （综合模块化航空电子）系统的安全性航电系统开发中已经处于领导地位[1]。
该标准提供了ima系统中配置信息的xml schema的定义，并建议开发工具来完成配置信息到直接可用于ima系统的二进制表示的转换[2]。
本文基于该标准的要求，首先分析了配置数据的作用，然后研究并实现了一种配置生成工具，通过使用嵌入schema的标记来检验并处理含有配置数据的xml文件，将其翻译为能用于ima系统的二进制目标文件，该技术已经应用于自主研制的操作系统及开发环境中。
关键词：arinc 653；xml schema；模块配置数据；操作系统；ima中图分类号：tp311.52 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2013） 04-0000-031 配置数据的作用ima系统是由大量的硬件元素和加载在其上的软件组件组成的。
硬件元素包括硬件模块以及容纳这些模块的机柜、机架。
每个硬件模块都为应用提供计算和内存资源，有的硬件模块还提供从外部物理世界输入或输出到模块通道的数据信息和控制信息。
硬件模块还要提供元素间的通信通道。
这类系统应该设计的很灵活以便对于具体的需求能够容易地进行调整。
保证这一灵活性就是通过配置数据来控制其属性[3]。
配置数据是操作系统可以访问的静态数据区，它们不能直接被应用访问，但也不是作为操作系统的一部分整体构建的。
它定义了一种机制：以标准格式定义配置，但不依赖于arinc 653操作系统的具体实现。
配置数据包含一个模块的配置信息，在系统启动时用于正确建立模块及其所有的部件，以及设置模块运行时的动作。
基于xml、采用工具进行转换的配置数据，实现了配置与程序的隔离，轻量级的配置可以很容易地将各个应用单独测试、验证和重验证，故具有更短的开发周期，更低地初始验证开销，更低地变更和重验证开销等优势。
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
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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，
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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。