体系结构年会发言稿-牛文生.pptVIP

机载计算机发展现状与趋势 牛文生 机载计算机的特性 定义：在机载环境下用于机载设备控制、计算功能的专用计算机系统。如机载火力控制计算机系统、飞行控制计算机系统、机载雷达信号处理计算机、弹载飞行控制计算机等。 机载计算机的作用 机载计算机的主要构成 机载计算机的物理组成 典型模块外观 机载计算机的主要特点 特点：同其他计算机相比，机载计算机具有实时性、可靠性和抗恶劣环境的突出特点。 实时性 计算机在给定的时间里完成规定的计算任务的特性。机载计算机属于强实时系统，在该类系统中如果实时性不能满足将产生严重的后果，如丧失武器的最佳发射时机，甚至影响飞行安全。 实时性体现在计算机软硬件设计的各个方面，如操作系统的最小响应时间，硬件中断响应最小时间，中断优先级的排列等等。 确定性原则：为了保证实时性，在目前的机载计算机系统设计中一般遵循确定性设计原则，如所处理的任务的调度周期、资源分配等都是在地面试验中确定的，在实时运行过程中不做动态调整以避免出现不可预知的情况导致系统失控。这一点和非实时的计算机系统如Windows计算机有较大的区别。 可靠性 机载计算机应用于军事、飞行等设计人身安全和国家安全的领域，必须能够可靠地工作才能完成预定的任务 可靠性的度量：MTBF，任务可靠度等 提高可靠性的基本手段 提高部件的可靠性：军用等级元器件，试验等 设计中的降额设计原则：如典型驱动器的驱动能力在设计中必须根据器件的带负载能力和负载的实际情况计算确定负载个数，时序设计必须考虑最坏情况下的时间余量 系统结构上采用容错措施，如典型的飞控系统计算机采用四余度容错计算机 抗恶劣环境 主要环境应力 气候环境：温度／湿度／气压／沙尘 电磁环境：电磁发射／屏蔽 机械应力：振动／冲击／跌落 辐射环境：核爆炸／宇宙射线 生物环境：盐雾／霉菌／腐蚀性气体等 抗恶劣环境设计是机载计算机设计的主要内容之一，涉及元器件选择、部件加工、逻辑设计等各个方面 机载计算机的发展过程和特点 机载计算机在飞机上的应用领域 机载计算机的应用领域-任务系统 三代机联合式航电系统中的机载计算机 F-22的航空电子系统结构 JAST航空电子系统结构 F35航空电子系统结构 Modular Avionics Unit Generic Common Functional Module Generic Common Functional Module Generic Common Functional Module Generic Common Functional Module Generic Common Functional Module ASAAC Module Types F35 综合核心处理机的性能指标 它占两个架子一个23插槽，一个 8 个插槽，初期能力是以前任务与武器计算机和专用信号处理器管理的任务： 数据处理：40.8 GOPS 它使用G4，128位Altivec技术； 图形处理信号处理：75.6 GFLOPS 图形处理：225.6 GMACS（G乘累加操作）用FPGA和VHDL写的专用图形引擎； 设计有7种22模块： 4xGP,2xGPIO,2xSP,5xSPIO,2xIP,2xSwitch,5xPower 操作系统发展历程 虚拟分区管理 机载软件开发工具-SAE AS5506标准 提出的挑战 北约的观点： World’s most complex real-time systems（指航电系统） Severe Operational Environment Temperature Range, Vibration, Humidity etc. Contaminants - Fuel, Oil etc. Electromagnetic Compatibility Aircraft Lifetime Getting Longer: 40+ years Component Lifetime Getting Shorter: 3 years? Semiconductors: Military Market Less Than 1% Systems Obsolete During Development “Lifetime Buy” Unsatisfactory Solution Aircraft Infrastructure, e.g. Wiring 150 Flying hours / 30 days without maintenance 95% availability 提出的挑战 高性能核心处理机设计技术 开放式系统结构 高性能基于交换结构的统一网络 分布式系统的系统管理技术（资源分配、健康监控、重构等） 高性能模块设计和制造技术 系统结构的定义 IC/SOC/MC