飞行管理系统AADL建模与分析

航空电子系统软件的建模与分析是保证军用和民用飞机高可靠、高性能的重要手段,也是模型驱动软件体系结构的重要组成部分。飞行管理系统作为航空电子系统的重要组成部分,传统上,对该系统的可调度性分析是在系统设计完成后,在实现与验证阶段进行的,这使得系统无法进行的准确地软硬件需求分析。采用先进的建模方法AADL对其进行建模,为飞行管理系统的可调度性分析、可靠性分析以及通信延迟等分析提供了可能,使得在系统需求分析阶段就可以准确确定系统的软硬件需求,并能大大降低系统的更改验证成本。首先论述了建模语言AADL的基本构成以及与航空电子应用接口规范ARING653的对应关系;然后描述了飞行管理系统的功能构成,并建立了飞行管理系统的AADL模型;最后详细论述了系统调度理论,AADL工具,飞管系统AADL模型的仿真分析。通过仿真分析为飞管系统的处理器选型、系统设计、软件设计与优化提供了依据。     

基于体系结构模型的综合化航电分区可调度性验证

分区可调度性验证是影响综合模块化航电系统(IMA)可靠性与安全性的关键问题。为解决现有的模型驱动验证方法难以满足系统整体验证需求或需要繁琐的二次建模的问题,提出一种基于体系结构分析与设计语言(AADL)的IMA分区可调度性验证建模方法。在构建分区静态体系结构模型的基础上,通过AADL行为附件建模描述系统中任务的调度过程。再采用AADL Inspector工具对模型中的任务调度行为进行动态仿真,根据仿真结果即可对IMA分区可调度性进行评估。案例实验表明,该方法能够有效发现分区调度配置信息中的错误。此外,只需一次性建模即可直接完成可调度性验证。与现有方法相比,避免了对AADL模型进行繁琐的二次转化。     

软硬件综合AADL可靠性建模及分析方法

目前嵌入式系统广泛应用于航空电子、远程医疗、汽车电子等具有高可靠性要求的系统中。随着嵌入式系统的复杂度越来越高,为了保障系统的高可靠性需求,需要在系统开发的早期设计阶段对系统的可靠性进行分析评估,以提高系统的开发效率。嵌入式系统中软件、硬件功能的失效都会对系统可靠性产生影响,而AADL的可靠性模型缺乏对硬件构件错误的影响及传播机制进行刻画分析的能力。本文综合考虑软、硬件错误发生失效后对系统可靠性的影响,提出了一种面向系统架构级别的软硬件综合可靠性分析方法。该方法基于电子电路设计中事务级建模方法,扩展了AADL事务级错误模型的语法和语义,来支持AADL对硬件构件错误传播的硬件功能行为建模,在此基础上,利用AADL模型实例化机制实现对嵌入式系统可靠性建模,刻画了错误行为在硬件构件之间、软硬件构件之间的传播与影响。同时,定义了AADL硬件构件事务级错误模型到广义随机Petri网模型的映射规则,实现了系统软、硬件综合的可靠性行为仿真计算模型组合,支持嵌入式系统的软硬件综合可靠性分析。论文开发了软硬件综合可靠性建模与分析工具原型,并以某型飞机空气增压系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法在复杂嵌入式系统设计中进行软硬件综合可靠性分析的可行性与优越性。     

基于AADL的综合航电分区系统可调度性判定

综合模块化航电(IMA)系统中的分区系统提高了其可靠性和安全性,但在系统设计和实现过程中,应采用各种分析和验证方法确保系统的时间需求得到满足。为此,针对符合ARINC653规范的IMA系统,根据分区系统层级调度的特性,提出一种基于仿真的分区任务集可调度性判定方法。借助Cheddar工具及其自定义调度策略功能,使架构分析和设计语言(AADL)具有对分区系统进行建模的能力,并利用该工具对AADL模型进行仿真以判定系统的可调度性。实例分析结果表明,该方法能自动、准确、快速地进行可调度性判定,并以甘特图的方式绘制任务调度过程,得到直观、详细的结果。     

AADL模型的形式化研究

在嵌入式系统建模领域,AADL以其软硬件协同建模的特点已经逐渐成为业界的标准。围绕AADL的形式化特点,国内外众多学者展开了热烈的讨论。为了帮助系统开发人员深入了解AADL,指导软件开发进程,提高基于AADL模型的软件开发效率,分别从AADL模型可靠性分析、可调度性分析以及AADL模型测试这三个不同角度综述了已经出现的各种AADL形式化验证理论,对比分析了它们的优点和不足。简要介绍有关AADL验证工具,研究基于AADL模型的嵌入式开发平台的构建。     

AADL模型的形式化研究

在嵌入式系统建模领域,AADL以其软硬件协同建模的特点已经逐渐成为业界的标准。围绕AADL的形式化特点,国内外众多学者展开了热烈的讨论。为了帮助系统开发人员深入了解AADL,指导软件开发进程,提高基于AADL模型的软件开发效率,分别从AADL模型可靠性分析、可调度性分析以及AADL模型测试这三个不同角度综述了已经出现的各种AADL形式化验证理论,对比分析了它们的优点和不足。简要介绍有关AADL验证工具,研究基于AADL模型的嵌入式开发平台的构建。     

针对AADL模型的可调度性分析方法研究

AADL(Architecture Analysis＆Design Language)语言是美国SAE(Society of AutomotiveEngineers)组织定义的一组满足航空电子综合化设计用的建模语言.它可以描述安全关键嵌入式实时系统功能和非功能性属性,非功能属性包括可靠性、安全性、可调度性等.通过对这些非功能属性进行分析,可以在设计阶段而不是实现阶段纠正系统设计缺陷,缩短系统开发周期和降低开发成本.总结了AADL语言对可调度性分析方面提供的支持,并分析比较了几种针对AADL模型的可调度性分析工具,在此分析和比较基础上,识别它们各自的优缺点,方便使用者根据需要选择合适的工具使用.     

基于AADL的建模和验证技术应用研究

随着嵌入式系统规模、复杂度和性能需求的提升,嵌入式系统开发的重点从代码级提前到模型级;体系结构分析和设计语言AADL能够在模型级对系统进行建模,并通过一系列验证尽早发现系统设计中的问题,在航空航天等嵌入式系统中具有广阔的应用前景;全面系统地介绍了基于AADL的建模、验证的具体方法步骤、实现手段和工具,并以简化的飞行控制系统为例具体讲述了AADL的建模和验证技术的实际应用,从而为AADL技术在我国嵌入式软件中的应用奠定了基础。     

ARINC653航空电子系统AADL建模技术研究

随着ARINC653系统在我国航空领域的广泛应用,研究ARINC653系统建模方法将为进一步研究基于模型的ARINC653系统可靠性、可调度性分析奠定基础.详细研究了ARINC653系统AADL建模的方法,具体描述了ARINC653系统、分区、进程、进程通信和健康监控等核心元素的AADL建模映射机制,并进行实例说明.     

AADL分级调度模型的分析与验证

针对嵌入式系统体系结构分析设计语言(architecture analysis and design language,AADL)分级调度模型的分析问题,提出了基于模型检验的可调度性分析和验证方法.基于时间自动机理论,将AADL分级调度模型转换为时间自动机网络,将待验证性质描述为时序逻辑公式,通过模型检验工具对可调度性进行分析和验证.研究结果表明,使用模型检验方法来分析AADL分级调度模型的可调度性是可行的.相对其他方法而言,该方法利用了形式化方法的穷举性来分析系统的性质,分析结果更加精确.     

基于Oracle的飞行试验数据库管理系统的设计与实现

飞行试验与测试工程数据库（Flight Test and Measurement Engineer DataBase,FT＆MEDB）是验证飞机性能和作战效能的基本数据,对飞行试验与测试系统的功能和水平有着重要的影响。提出在建立飞行试验与测试工程数据库的基础上,应用Oracle数据库管理技术建立相应的数据库管理系统。着重研究了飞行实验与测试工程数据库的总体框架结构,较详细阐述了飞行试验与测试工程数据库系统的设计与实现。     

无人直升机实时机载和地面站软件架构设计

研究了无人直升机飞行控制系统实时软件系统设计架构,针对机载嵌入式飞控计算机系统和地面站计算机系统,提出了基于VxWorks实时操作系统的多线程任务机载软件设计方案和基于WindowsXP操作系统的地面站软件设计方案,有助于加快完成无人直升机飞行控制系统的设计和验证。机载系统软件设计为数据采集和测量、伺服舵机驱动、飞行控制与发动机控制实现、通信和数据请求存储等功能。地面站系统软件设计为与机载系统的数据通信、终端用户操控,以及实时飞行状态监视等功能。利用组件对象模型设计技术实现了系统软件设计的模块化、软件结构分层组件化,方便了软件系统的集成与扩展。采用多任务线程机制,有效地满足了飞行控制系统实时性要求。利用实时操作系统的定时器任务机制,确保飞行模式的任务管理和调度。依据所提出的软件设计架构完成了实时机载软件和地面站软件组件模块的设计与开发,而且软件集成快捷方便。研究成果已成功应用于某型无人直升机飞行控制系统。     

基于VeriStand的实时飞行测试系统设计与实现

针对飞行器改装带来的实时模飞测试问题,提出了一种实时飞行测试系统设计及实现方案。首先分析了待测飞控及安控系统的工作过程和技术特性,给出了实时测试系统应该具备的功能。基于功能需求,明确了系统采用PC上位机-PXI实时下位机的硬件架构,同时给出了上位机、下位机的硬件资源配置。系统采用VeriStand、MathWorks Simulink?、LabVIEW分别完成实时测试项目配置与管理、实时模型开发、虚拟串口设备驱动开发任务,并详细讨论了实时模型和虚拟串口设备驱动的开发过程。最后分析了实时测试结果。     

导弹飞控软件集成环境系统设计

导弹飞控软件是导弹控制的核心,其研发过程非常复杂,需要大量研发人员对飞控软件进行算法分析、数学建模、计算机仿真、半实物仿真和演示验证,最终形成产品定型的版本。主要研究并开发了一种基于网络的实时导弹仿真软件集成环境系统,通过该系统,设计人员可以集成管理导弹从研发到定型过程中所产生的以飞控软件为主的仿真软件及其半实物仿真实验,从而大大降低了实验所耗费的时间和精力,提高了对飞控软件的开发以及实验仿真管理效率,更有利于实验结果的分析及处理。     

飞行试验实时监控管理系统软件设计与实现

飞行试验实时监控是飞机试飞的重要环节, 监控大厅是实施实时监控的重要场所。为了提升飞行监控大厅实时监控效能,我们自行研发管理软件,通过软件相关技术实现了飞机相关实时监控资源管理、网络负载与局域网管理、安全机制、SD-LAN技术研制与应用。通过此软件也解决了传统纸质化管理方式约束力差以及监控人员对个人监控职责不清楚而无目标监控的问题,另外由于监控人员经常来自国内不同的单位,指挥员在监控过程中遇到问题很难及时落实到具体监控人员,采用此软件后指挥员可以实时查询当前型号飞机各个专业监控人员的情况,并及时与之沟通交流,更好的完成试飞任务。本系统通过一段时间运行,各项技术指标达到预期目的,实时监控管理、网络管控系统等并行运行稳定、清晰。     

无人机飞控软件系统建模与测试用例生成研究

软件规模与复杂度的迅速增长已成为设计与检验现代高质量无人机飞行控制软件(FCS)系统的重要挑战。采用模型驱动工程(MDE)的框架,使用嵌入式实时系统建模语言(MARTE)建立起某型无人机飞控软件系统的模型,给出了基于时间自动机的系统动态行为的形式化模型实例;结合无人机FCS系统的应用背景,建立了基于时间自动机模型的测试用例生成方法,包括建立测试用例生成框架、测试用例生成规则以及用例生成策略等;对某型无人机飞控软件系统中的主控模块进行了建模与测试用例生成的实例分析研究。     

用于电传飞行控制系统软件的测试专家系统设计

电传飞行控制系统是军用飞机关键安全系统，实施充分且高效的软件测试是保障系统高可靠性的重要手段。电传飞行控制系统软件测试过程中的关键环节是制定测试方案，当前方案的优秀与否取决于测试项目组的经验积累程度，为解决不同项目组间个体经验差异，保障测试智慧的集中体现，归集了十几年来电传飞行控制系统测试项目数据，设计并构建了一套用于电传飞行控制系统软件的测试专家系统，用于辅助测试方案的制定。通过在多个型号项目中的落实，方案的制定效率、质量和发现的有效软件缺陷数目同比有显著提高，为电传飞行控制系统的高可靠性、高安全性提供了有力的保障。     

基于组件的飞行模拟系统的软件结构

飞行模拟系统具有软件规模庞大,实时性、逼真度要求苛刻,分布式开发以及使用寿命长等典型特征,这就要求飞行模拟系统软件必需具备三个重要的质量目标:性能、可集成性和可修改性。本文给出了满足这些质量目标的通用软件构架模式。该模式分为模型管理和模型应用两大部分,通过向模型应用部分添加组件功能可以实现任何特定机型的飞行模拟系统;该模式采用周期性时间管理、基于事件的时间管理和混合时间管理三种时间管理策略;该模式结构简单,仅需要六个模块类型就可以实现对任何复杂程度的飞行模拟系统的完整描述。该模式已被应用于多台模拟器中,证明其在性能、可集成性和可修改性等方面达到了飞行模拟软件的特殊要求。     

基于三维场景的飞行回放仿真系统研究

针对当前机载数据处理以数据分析和二维图表为主,而现有飞行回放可视化上架软件成本过高的现状,为在普通PC上直观再现飞行过程,提出并建立了三维场景的飞行回放.该系统根据视点位置实时读取、渲染和显示不同地形块,根据飞机的高度选择不同精度的地形数据模型,解决了高原机场周边山地大规模地理信息数据与计算机实时处理能力的矛盾,实现了逼真、流畅的飞行回放.仿真实验结果表明,该系统飞行回放仿真动画速度到达20帧以上,能直观反映飞行状态,且成本低,对飞行事后分析具有重要参考价值.     

站点式飞行试验实时监控软件平台研究

飞行试验实时监控软件平台的运行效率直接影响着飞行试验过程管理的高效性。在实时数据解算服务器的基础上,配置站点服务器及DNS服务器,构建站点式飞行试验实时监控软件平台,利用交互式页面设计及网络数据库管理技术,提高实时监控软件平台的管理及维护效率,改善监控软件的用户交互模式。实现了监控组件在站点式软件平台下“访问部署、链接监控”的目的,从而简化了飞行试验监控工作环节,有助于缩短型号科目试飞周期。