摘要。直到最近,飞机内部对联网的需求并不强烈。事实上,通信主要是通过电缆和以太网协议处理的。航空电子嵌入式系统的发展和民用飞机中集成功能的数量改变了这种情况。事实上,这些功能意味着交换数据量大幅增加,从而导致功能之间连接数量的大幅增加。在处理这种新复杂性的可用机制中,我们发现了航空电子全双工交换以太网 (AFDX),这是一种允许模拟源和一个或多个目的地之间的点对点网络的协议。AFDX 的核心思想是虚拟链路 (VL),用于模拟设备之间的点对点通信。主要挑战之一是表明 VL 上数据包的总传送时间受某个预定义值的限制。这是一个困难的问题,还需要提供 AFDX 网络的正式但相当具有发展性的模型。在本文中,我们建议使用基于组件的设计方法来描述模型的行为。然后,我们提出了一种随机抽象,它不仅可以简化验证过程的复杂性,还可以提供有关协议的定量信息。
航空电子全双工交换以太网 (AFDX) 是 ARINC 664 飞机数据网络第 7 部分中指定的一种光纤航空电子总线规范,用于空客 A380、波音 787 等飞机。它被设计为标准以太网协议的升级,增加了有保证的确定性以及有界的抖动和延迟。这样做是为了让硬实时关键系统使用标准 IEEE 802.3 以太网协议进行通信。它使用双冗余和全双工链路来最大限度地减少抖动和延迟并消除数据包冲突。尽管 AFDX 在设计时考虑了硬实时系统,但它尚未用于安全关键型飞行控制系统。空客已表示有兴趣将 AFDX 的使用范围从任务关键型系统扩展到飞行关键型系统 [1] 。与 MIL STD 1553 和 ARINC 429 (A429) 等传统系统相比,在飞行控制系统中使用 AFDX 可以带来许多好处。确实存在其他光纤总线,包括 MIL STD 1773、ARINC 629、ARINC 636 和光纤通道,但这些总线目前不用于飞行控制,并且与这些总线的比较超出了本研究的范围。
论文批准:使用标准 PC 和以太网卡实现软 AFDX(航空电子全双工交换以太网)端系统,由 EMRE ERDİNÇ 提交,部分满足中东技术大学电气电子工程系理学硕士学位的要求,作者:Prof. Dr. Canan Özgen 自然与应用科学研究生院院长 Prof. Dr. İsmet Erkmen 电气电子工程系主任 Prof. Dr. Hasan Güran 中东技术大学电气电子工程系主管 审查委员会成员 Prof. Dr. Semih Bilgen 中东技术大学电气电子工程系 Prof. Dr. Hasan Güran 中东技术大学电气电子工程系副教授 Cüneyt F. Bazlamaçcı 中东技术大学电气电子工程系助理。 Şenan Ece Schmidt 教授,电气与电子工程系,中东技术大学,理学硕士 Mert KOLAYLI,航空电子设计工程师,TUSAS
DCU 从整个飞机的传感器和设备收集离散输入、模拟信号和数字数据,然后将它们转换为数字格式,以便通过飞行控制或飞机管理系统的数据总线进行传输(通常是 ARINC 429、ARINC 664/AFDX、CAN 总线、以太网、MIL-STD-1553、RS-422、RS-485)。
DCU 从整个飞机的传感器和设备收集离散输入、模拟信号和数字数据,然后将其转换为数字格式,以便通过飞行控制或飞机管理系统的数据总线进行流式传输(通常是 ARINC 429、ARINC 664/AFDX、CAN 总线、以太网、MIL-STD-1553、RS-422、RS-485)。
DCU 从整个飞机的传感器和设备收集离散输入、模拟信号和数字数据,然后将其转换为数字格式,以便通过飞行控制或飞机管理系统的数据总线进行流式传输(通常是 ARINC 429、ARINC 664/AFDX、CAN 总线、以太网、MIL-STD-1553、RS-422、RS-485)。
AvtechTyee 是航空运输和区域航空市场领先的驾驶舱音响制造商。AvtechTyee 的音频管理单元可用于许多飞机接口。有各种系统架构可供选择,从数字控制音频系统 (DCAS)(其中音频控制面板 (ACP) 和音频管理单元 (AMU) 之间的连接是数字的,音频在模拟域中处理)到全数字 AFDX 光纤以太网系统(其中所有通信都以数字方式处理)。
片上网络概念是当前和未来片上系统 (SoC) 复杂性的直接产物。事实上,同一芯片的内核数量成倍增加会导致内部信号通信问题。传统总线无法管理过多内核和过多信号。此外,这些信号在功能(控制、数据和地址)、速度(内部内核的不同吞吐量)方面可能是异构的,我们在这里讨论的是多个时钟域,或者最重要的是优先级。不幸的是,经典的总线架构(如多主多从配置)无法有效应对此类系统的众多复杂性和异构性。在 21 世纪,Luca Benini 和 Giovanni De Micheli [1] 引入了 NoC 范式。由于担心未来的 SoC 及其复杂性可能无法与传统总线完全兼容,许多研究人员对 NoC 进行了各种研究 [2- 12]。有关该领域的研究可分为 3 个主轴或级别,即网络、连接和系统级 [13]。通过提出一种新的架构,我们可以将我们的工作归类为网络级 [14, 15]。但是,当我们稍后讨论策略时,我们将解释这也与连接和系统级别有关。本文是在我们最近对使用 AFDX 协议作为片上网络进行调查之后发表的 [16]。事实上,我们已经解释了我们的策略以及 AFDX 协议对我们设计 NoC 的启发。在本文中,我们概述了所需的NOC架构(开关和最终系统),并在此工作阶段介绍快捷方式的想法。
该平台是一个通用处理器,承载着多种系统功能。平台内部的核心软件提供功能的划分,现在可以在整个架构中分布。这些平台是具有标准输入/输出接口的通用数字模块或单元。整个架构的数据通信可以通过航空电子全双工交换 (AFDX) 以太网等数据网络进行。不过,仍涉及旧设备,因此需要接口来与这些设备交互。趋势是,来自旧设备或传感器的所有数据以及发送到旧设备或执行器的所有数据都从标准数据网络转换而来/转换至标准数据网络(见图 4)。
A AEEC:航空公司电子工程委员会 AFDX:航空电子全双工交换以太网 API:美国石油学会 APTA:美国公共交通协会 ARINC:航空无线电协会 ARP:航空航天推荐做法 ASA:飞机安全评估 AT:攻击树 C CCA:常见原因分析 CIKR:关键基础设施和关键资源 CMA:共模分析 COTS:商用现货 D DCS:分布式控制系统 DHS:国土安全部 DOD:国防部 DOE:能源部 DOT:运输部 E EASA:欧洲航空安全局 EFB:电子飞行包 EO:行政命令 F FAA:联邦航空管理局