摘要：为进步电气操控体系的牢靠性，经过对以往操控体系的分析研究，经过选用ARINC659背板总线、冗余的体系规划办法，规划并完结了一种新的电气操控体系。这篇文章介绍了该体系的首要功用、技能特色、硬件和软件规划。该体系处理了杂乱操控体系的数据交融和归纳办理，具有快速的体系重构和很强的可装备性。
1 导言
传统的双余度计算机是选用双通道方式，两个通道作业相当于两台独立计算机同步作业。任何一个通道的处理机毛病、输入/输出毛病毛病、电源毛病，本通道当即失效，计算机体系当即降级。
选用高速、高牢靠、四余度容错串行背板总线(ARINC659总线)构建的新式双余度计算机体系，一切处理机、电源、I/O模块衔接在这条串行背板总线上，一切模块处理的信息均在这条总线上传输，一切模块均可获取总线上传输的信息。任何一个处理机毛病、输入/输出毛病、电源毛病，体系的余度收集和余度操控功用不会损失，能够较为简单的完结一次毛病作业、二次毛病安全。
2 ARINC659总线
659总线(ARINC 659总线简称)是美国ARINC(航空无线电公司简称)公司1993年拟定的背板数据总线规范，它用于完结一般机架中航空LRM(在线可替换模块)间进行的通讯，能够满意高数据吞吐量、严厉的毛病阻隔、数据传输确认的归纳模块化航空电子体系要求的规范。659背板数据总线是根据时刻触发机制、半双工传输的串行总线，它支撑鲁棒的时刻分区和空间分区，具有容错性、高可用性和高完整性，总线拓扑为双-双冗余装备的线性多点结构。
659总线选用表驱动份额拜访，一切的总线接口单元(BIU)履行相同的表，运用版别操控机制完结，指令表是总线活动的中心。659总线操作被划分为一系列的窗口，每一个窗口包含一个长度从32bit到8192bit的音讯或许一个大约5 bit的同步脉冲，窗口由替换的音讯和空隙组成，每一个窗口占有相关的LRM表指令规则的固定时刻段。窗口能够包含一个数据音讯、同步信息或闲暇。659总线支撑模块一模块(点对点)传送，一个模块到一组模块(播送)以及被选的一个模块到一组模块的通讯方式。
659总线是由双总线对(A和B)组成的双-双装备，总线对A和总线对B别离具有“X”和“Y”两条总线。根据可用性数据有用表和完整性数据有用表进行数据的容错及有用性判别。当产生1条总线反常毛病时，根据总线协议能够主动纠正，对整机的数据正常传输无影响，整机可正常作业完结功用，对体系没有影响;当产生2条总线反常(可纠正的过错)，对整机的数据正常传输无影响，整机可正常作业完结功用，对体系没有影响;当产生不行纠正的过错时，整机数据传输失利。
659总线状况反常表如图1所示。
3 硬件规划
根据ARINC659背板总线规划的双余度计算机操控体系，一切处理机、电源、I/O模块衔接在这条串行背板总线上，一切模块处理的信息均在这条总线上传输，一切模块均可获取总线上传输的信息，处理机的同步信息、反映各模块作业状况的“心跳”信息均在总线上传输，无需专门的穿插通道数据链(CCDL)。
双余度电气体系操控计算机由以下模块组成：
1)中央处理模块(CPU1、CPU2);
2)输入/输出接口模块(IOM1、IOM2);
3)电源模块(PSM1、PSM2);
4)659总线背板(MB)。
CPU1、CPU2、IOM1、IOM2之间经过659总线互连，离散量输入信号的余度收集是由两个IOM完结，离散量输出操控信号由两个IOM完结。双余度的离散量输出由应用软件操控，能够一起输出，也能够独自输出。模拟量收集、1553B总线、429总线通讯等均为无余度处理，一切处理的数据均在 659总线上传输，CPU1和CPU2模块均能获取到无余度收集处理的数据。
电气体系操控计算机组成如图2所示。
各块组成如下：
1) CPU1和CPU2模块选用完全相同的架构：均由高性能处理器子卡、1553B总线通讯子卡、659总线通讯子卡和通用I/O处理基板(GIO基板)组成。GIO基板中的高性能FPGA(含处理器内核)完结两条PCI总线功用，PCI1总线为从桥，PCI2总线为主桥，一切子卡选用PMC规范。高性能处理器子卡经过PCI1总线拜访1553B总线通讯子卡和GIO基板的双口存储器，GIO基板经过PCI2总线拜访659总线通讯子卡和本板I/O资源。
CPU模块中的高性能处理器子卡运转操作体系和应用软件，模块中的GIO基板运转FPGA软件，6 59总线子卡上固化指令表通讯软件。GIO基板FPGA软件首要功用是：双口拜访功用，模拟量、离散量输入收集功用，离散量输出功用，429总线通讯办理、659总线通讯办理功用。
2)IOM1模块和IOM2模块选用完全相同架构：IOM1模块由659总线通讯子卡和GIO基板组成;IOM2模块由659总线通讯子卡和GIO基板组成。GIO基板与CPU中的GIO基板相同，659子卡为通用子卡。GIO基板经过PCI2总线能够拜访659子卡。
IOM模块中的GIO基板运转FPGA软件，659总线卡上固化指令表通讯软件。FPGA软件首要功用是：模拟量、离散量输入收集功用，离散量输出功用，429总线通讯办理、659总线通讯办理功用。
3) PSM1和PSM2模块选用完全相同的LRM架构，装备完全相同。包含：尖峰、浪涌防护电路，DC/DC改换电路，过流、过压保护电路等。
4)MB模块用于659总线、模拟量、离散量、总线、电源等各种输入/输出信号互联和659总线端接。
4 软件规划
电气体系操控计算机软件包含：体系软件、地上支撑东西包和应用软件。
应用软件首要完结电气体系的操控办理和保护办理。
体系软件由体系引导程序、BIT程序、操作体系、设备驱动程序、659总线指令表程序、操作体系扩展服务组成，地上支撑东西包含嵌入式软件集成开发环境、659总线指令表装备东西和在线编程东西。电气体系操控计算机软件组成如图3所示。
5 659总线指令表规划
电气体系操控计算机因为数据类型多、数据结构不一致且多为较短长度数据，无法运用DMA方法传输添加传输功率，一切的数据搬迁操作都需软件完结。各模块经过659总线完结数据交互。以1553B数据发送为例，体系要求该传输进程数据最大延时小于5ms，因而659总线指令表正常数据传输周期有必要小于 5ms。
为了进步正常数据传输的实时性，指令表规划为三个部分：初始化数据传输帧：正常作业数据传输帧;保护数据传输帧。其间初始化只要在产品上电时履行，将其数据传输都放入初始化帧中，地上保护时，对体系实时性要求不是很高，将保护BIT等指令和数据传输都放入保护数据帧中，将正常飞翔进程中所有必要的数据传输放入正常作业数据传输帧。产品上电总线同步后首先进入初始化数据传输帧，经过CPU模块帧切换指令来完结三种作业帧之间的切换。正常作业数据传输帧，经过 659总线的同步时钟电路，由总线指令表一致规划INT中止号，经过PCI中止上报主机，主机中止服务程序完结各模块I/O的同步收集功用。
6 首要技能特色
1)选用新式的具有容错才能的串行背板总线，构建了双余度的电气体系操控计算机架构，选用模块级容错重构方法，进步了体系可用性。
2)经过选用更改659总线通讯指令表的方法，体系具有灵敏的可扩展性。
3)经过选用“通用基板+子卡”组合结构方式，体系具有可扩展性和开放性。
7 定论
为了进步电气体系操控办理的牢靠性，本文提出了一种根据串行背板总线-ARINC659总线的双余度计算机体系架构。与现有的双余度计算机体系比较，能够细化双余度体系的颗粒度，到达体系缓慢降级的意图，一起大大进步了操控体系的安全性和可用性。
