离散量接口同步控制装置、离散量采集及输出控制方法

摘要

一种离散量接口同步控制装置，包括一组控制通道，并且该控制通道具有多个端口，另外该离散量接口同步控制装置还包括一通道端口映射寄存器，该通道端口映射寄存器根据预先设定的各离散量接口到控制通道及其端口的对应关系为每一离散量接口配置对应的控制通道与其端口，避免了传统的异步控制方式对设备安全关键性的影响，并且通过简化接口操作步骤，缩短操作时间。

说明书

【技术领域】

本发明涉及离散量接口控制技术，特别是涉及安全/任务关键性航空电子 设备的离散量接口控制技术。

【背景技术】

在航空电子系统中广泛使用离散量接口，不同功能的航空电子设备可能 具有数量众多、类型不同的离散量接口。离散量接口类型的差异体现在离散 量信号的阻抗变换、信号隔离上；这些离散接口通常采用软件操作微控制器 或微处理器所连接的数字接口来控制。依据控制方向，离散量接口包括离散 量输入采集和离散量输出控制，离散量输入用于传感器的采集或设备状态的 指示，如图1A所示；离散量输出用于作动器的控制或表征设备的操作指令， 如图1B所示。例如用于飞机发动机参数采集、记录的设备可能需要采集几 十路甚至上百路离散量输入的状态；基于综合模块化航空电子系统架构的飞 机（如A380、B787）上，区域分布的远程输入输出接口设备用来实现区域 范围内传感器、作动器与机上骨干网络的信息传递，其离散量接口可能多达 上百路。

进行航空电子设备开发的前期很难从上层需求中捕获到与离散量接口控 制相关的要求，而且设计者也往往忽略了离散接口控制对系统安全的意义， 另外系统需求更改或系统架构变化可能影响离散量接口的控制要求，使得设 备不能很好地满足系统设计要求，甚至影响设备安全/任务关键性。同时离散 量接口控制对系统安全/任务关键性的影响具有很强的隐蔽性，甚至在设备的 整个生命周期内都难以被发现。

航空电子设备要求有很高的安全/任务关键性，其离散量接口的控制方式 会影响其安全/任务关键性。

因需求分析不完整和设计考虑不周全，当前航空电子设备离散量接口的 控制大多采用异步控制方式，这种控制方式受任务优先级调度和中断服务等 方面的影响，使得存在安全隐患，会触发系统虚警或错误的动作；例如离散 量输出的顺序控制存在产生错误输出的风险，触发不符合预期要求的动作， 影响操作安全；离散量输入的次序获取不能保证在同一时刻获取一组相关离 散量的状态，从而离散量跳变时会采集错误的状态，引发错误的逻辑识别做 出错误的动作，并且次序操作会增加延迟时间，影响设备执行操作的性能。 具体可以基于一定假设的一组离散量接口控制操作为例对异步控制方式的过 程并分析其可能对系统造成的影响。

首先假设：（1）A、B组离散量在本次操作之前的状态均为假；（2）假 定离散量输入状态检测操作时间均相同，为Ti，离散量输出控制操作时间均 相同，为To，逻辑判断时间忽略；（3）假定真为1，假为0。

操作要求：

设备检测A组（2路，分别为I1、I2）离散量逻辑状态均真时，输出B 组（三路，分别为O1、O2、O3）离散量逻辑为真，机上作动器通过对B组 离散量三选二表决来让飞机做出某项动作。

其中具体的控制步骤如图2所示，包括如下步骤：

步骤1：设备通过I1的采集接口检测出I1的逻辑状态为1，此时[O3..O1] 的状态为000；

步骤2：设备通过I2的采集接口检测出I2的逻辑状态为1，此时[O3..O1] 的状态为000；

步骤3：设备判断[I2..I1]的逻辑状态为11，此时[O3..O1]的状态为000；

步骤4：设备通过O1的控制接口设置O1的控制输出为1，[O3..O1]的 状态为001；

步骤5：设备通过O2的控制接口设置O2的控制输出为1，此时[O3..O1] 的状态为011；

步骤6：设备通过O3的控制接口设置O3的控制输出为1，此时[O3..O1] 的状态为111。

在上述操作步骤（即为图3A中所示的S 1、S2、S3、S4、S5、S6）连续 的情况下，逻辑控制状态[O3..O1]的变化会如图3A所示；操作步骤4（即S4）、 步骤5（即S5）会输出错误的逻辑控制状态即[O3..O1]＝001和011。虽然两 个错误状态保持时间很短且011状态作动器能识别与目标状态一致，但如果 因某种原因使得001状态保持时间较长，而被作动器检测到会进而产生虚警 或做出错误的动作。影响状态保持的原因有多种，例如出现更高优先级任务 抢占资源、中断服务等，尤其是在频繁接口操作的时候出现系统异常导致死 机或重启，这些应将将对系统造成严重后果。图3B为例错误逻辑状态持续 较长的一种情况，其中001错误状态保持时间T_S4会保持高优先级任务和中 断服务程序的运行时间一致。

另外，采用异步控制方式进行示例操作时，需要对I1和I2进行两次离 散量输入采集操作，和对O1、O2和O3进行三次离散量输出控制操作，其 操作时间T＝2Ti+3To。

另外，逻辑控制方法需要满足系统升级或需求变化对其灵活配置的要求。 虽然可以硬件电路的更改或机上设备互联线缆的重新铺设来满足该要求，但 会带来很大的工作量、成本和风险。

因此为满足各种系统应用的要求，航空电子设备离散量接口控制技术要 灵活、可靠，并满足实时性的要求。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种离散量接口同步控制装置、离散量采集及输 出控制方法，以解决现有的异步控制方式对设备安全关键性的影响，以及接 口操作步骤复杂、操作时间较长的问题。

为实现上述目的，实施本发明的离散量接口同步控制装置包括一组控制 通道，并且该控制通道具有多个端口，另外该离散量接口同步控制装置还包 括一通道端口映射寄存器，该通道端口映射寄存器根据预先设定的各离散量 接口到控制通道及其端口的对应关系为每一离散量接口配置对应的控制通 道与其端口。

为实现上述目的，利用上述的离散量接口同步控制装置进行离散量采集 的方法，其中该方法是通过离散量接口同步控制装置的通道端口映射寄存器 所配置的控制通道及其端口同步采集离散量接口输入的信息。

为实现上述目的，利用上述的离散量接口同步控制装置进行离散量输出 控制的方法，其中该方法是通过离散量接口同步控制装置的通道端口映射寄 存器所配置的控制通道及其端口同步进行离散量输出控制操作。

依据上述主要特征，预先设定的各离散量接口到控制通道及其端口的对 应关系可依据系统配置管理的要求，在某个控制通道故障时实时更改通道映 射关系。

依据上述主要特征，离散量接口同步控制装置通过一可编程逻辑器件实 现。

依据上述主要特征，上述的离散量接口共有64路，控制通道有4个，并 且该控制通道为16位宽，通道、端口配置表有6位数据为离散量接口指示 对应的通道及端口，其中4个控制通道要求离散量接口的通道配置位为2位， 控制通道的16位宽度要求离散量接口的端口配置位为4位。

与现有技术相比较，本发明提出依据系统设计要求，通过配置表的形式， 进行各路离散量接口的通道和端口映射关系进行配置，避免了传统的异步控 制方式对设备安全关键性的影响，并且通过简化接口操作步骤，缩短操作时 间。

【附图说明】

图1A为离散量输入采集的示意图。

图1B为离散量输出控制的示意图。

图2为现有的离散量接口异步控制方式的控制步骤示意图。

图3A与图3B为图2所示的离散量接口异步控制方式的逻辑控制状态 示意图。

图3C为实施本发明离散量接口同步控制方法的逻辑控制状态示意图。

图4为实施本发明离散量接口同步控制方法的一具体实施例的控制步骤 示意图。

图5实施本发明的离散量接口同步控制装置的系统框架图。

图6为图5所示的实施例中的通道、端口配置表。

【具体实施方式】

请参阅图4所示，为实施本发明的一具体实施例的控制步骤示意图，其 中此实施例的假设和操作要求均如图2所示的一样，其具体的控制步骤包括：

步骤1：设备通过I1和I2的采集接口检测出[I2..I1]的逻辑状态为11，此 时[O3..O1]的状态为000，如图3C中的S1所示；

步骤2：设备判断[I2..I1]的逻辑状态为11，此时[O3..O1]的状态为000， 如图3C中的S2所示；

步骤3：设备通过[O3..O1]的控制接口设置[O3..O1]的控制输出为有效， [O3..O1]的状态为111，如图3C中的S3所示。

如图3C所示，采用同步控制方式时，各步骤（如图中所示的S1、S2及 S3）中逻辑控制状态[O3..O1]会同步更新，避免了异步控制方式中的错误控 制状态001和011，这样很好地避免了引发系统安全/任务关键性问题的可能。

另外，采用同步控制方式进行示例操作时，仅需要通过两步操作来分别 采集[I2..I1]和控制[O3..O1]，其操作时间T＝Ti+To，相比异步控制方式缩短了 微秒级（项目设备单步操作持续时间为0.5uS）的时间差：ΔT＝Ti+2To，这 一时间差是由于异步控制方式需要次序地采集离散量输入和离散量输出控 制引入的；采用同步控制方式可以缩短接口操作时间；特别是对于具有大量 离散量接口的飞参采集设备和远程输入输出单元，引起接口数量众多，周期 性采集这些接口状态会明显增加任务时间，例如远程输入输出单元需要实现 各种离散信号、低速总线数据与核心网络数据之间的转发，而其信号采集的 频率和数据转发延迟是衡量这些设备的重要指标，甚至会影响到关键任务的 应用。同时，同步控制方式会明显缩短接口操作时间。

上述的离散量接口同步控制方法通过如图5所示的离散量接口同步控制 装置实现，该离散量接口同步控制装置包括一组控制通道，并且该控制通道 具有多个端口，另外该离散量接口同步控制装置还包括一通道端口映射寄存 器，各离散量接口到控制通道及其端口的对应关系可依据应用需求通过通道 端口映射寄存器来配置，这些配置信息可依据系统设计要求以配置表或文件 （如图6所示）的形式加载到设备中；离散量接口的通道、端口的配置与总 通道数和控制接口的位宽相关。在具体实施时，图5所示的离散量接口同步 控制装置可通过一可编程逻辑器件实现。同时，在具体实施时，可依据系统 配置管理的要求，在某个通道故障时实时更改通道映射关系。

图5所表示是为64路离散量接口到4个16位宽控制通道的示例。图6 为图5所示的实施例中的通道、端口配置表，支持图5所示的[O3..O1]的同 步控制方式。

图5中4个控制通道要求离散量接口的通道配置位为2位；控制通道的 16位宽度要求离散量接口的端口配置位为4位，即通道、端口配置表总共需 要6位数据为离散量接口指示对应的通道及端口。

如上所述，在进行离散量采集时，可通过上述的离散量接口同步控制装 置的通道端口映射寄存器所配置的控制通道及其端口同步采集离散量接口 输入的信息。而进行离散量输出控制时，可通过离散量接口同步控制装置的 通道端口映射寄存器所配置的控制通道及其端口同步进行离散量输出控制 操作。如此，不需要同现有的异步控制方式需要次序地采集离散量输入和离 散量输出控制，采用此同步控制方式可以缩短接口操作时间，特别适用于对 于具有大量离散量接口的飞参采集设备和远程输入输出单元。

由上所述可知本发明采用一种可灵活配置的同步控制方式，依据系统设 计要求，通过配置表的形式，进行各路离散量接口的通道和端口映射关系进 行配置，避免了传统的异步控制方式对设备安全关键性的影响，并且通过简 化接口操作步骤，缩短操作时间，提升了设备在任务关键性方面的性能。并 且上述的离散量接口同步控制方式可以在可编程逻辑器件中实现，可实现离 散量输出控制方式的最优化，能很好地解决数字接口控制对航空电子设备安 全/任务关键性的影响，并且可以灵活配置可编程逻辑的固件或软件来消除系 统需求变化带来的影响；而固件或软件可以方便地进行配置和管理，大大减 少了异步控制方式带来的代价；并最小化离散量输入接口的状态获取延迟时 间。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方 案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发 明所附的权利要求的保护范围。