IMA1G已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍民用航電系統(tǒng)中，IMA2G 時(shí)代即將到來。與IMA1G 相比較，IMA2G在功能、功耗、體積、重量以及成本各方面都有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，IMA2G技術(shù)已引起國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視，相關(guān)研究領(lǐng)域已取得了許多研究進(jìn)展，但仍然存在許多挑戰(zhàn)性的課題。該文首先深入論述了國外IMA2G相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展，然后介紹了我們的IMA2G研究方案、研究成果以及測(cè)試驗(yàn)證情況，最后指出了下一步的研究工作。

　　作為第一代綜合化航電系統(tǒng)IMA1G（ first Genernation Intergated Modular Avionics）標(biāo)志的F35航電系統(tǒng)誕生已經(jīng)16年，隨后采用IMA1G技術(shù)的空客A380、波音B787 以及軍用運(yùn)輸機(jī)A400 等飛機(jī)相繼投入運(yùn)營，標(biāo)志著IMA1G技術(shù)已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。其間航空技術(shù)發(fā)展的需求，以及相關(guān)學(xué)科如軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、處理器技術(shù)以及基礎(chǔ)理論的發(fā)展，持續(xù)推動(dòng)了IMA技術(shù)的發(fā)展，并逐步促成了IMA2G（ Second Genernation Intergated Modular Avionics）誕生。目前，UIUC、伯克利和CMU等國內(nèi)外著名大學(xué)，Honeywell、Lockheed Martin、Rockwell Collins、Wind River、THALES以及中航工業(yè)等國內(nèi)外大公司圍繞IMA2G 相關(guān)技術(shù)都開展了深入研究工作，取得了一系列的研究成果，其中ARINC公司完成了ARINC 653標(biāo)準(zhǔn)修訂［1］，風(fēng)河公司開發(fā)了操作系統(tǒng) Wind River 653 3.X［2］，中航工業(yè)集團(tuán)公司開發(fā)了國產(chǎn)自主版權(quán)操作系統(tǒng)天脈2多核版本，支持多核處理器在IMA2G系統(tǒng)中的應(yīng)用。歐盟在第七框架計(jì)劃中安排的SCARLETT項(xiàng)目（Scalable & ReconfigurabLe Electronics PlaTforms and Tools Towards the Next Generation of Integrated Modular Avionics），對(duì)IMA2G 技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了全面深入研究。本文重點(diǎn)分析了國外IMA2G方面的研究工作，特別是歐洲SCARLETT項(xiàng)目的研究工作，簡(jiǎn)述了我們?cè)贗MA2G方面的研究方案、部分工作進(jìn)展， 并介紹了所開發(fā)的IMA2G系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況和評(píng)測(cè)結(jié)果，最后指出了需進(jìn)一步開展的研究工作。軟件支撐工具是IMA2G 技術(shù)發(fā)展的基石，限于篇幅，另文論述。

　　1、國外技術(shù)發(fā)展

　　1.1、歐洲SCARLETT項(xiàng)目簡(jiǎn)述

　　SCARLETT是歐盟在第七框架計(jì)劃中安排的面向下一代綜合化航電系統(tǒng)的研究項(xiàng)目，參加單位包括達(dá)索、空客、THALES等幾乎所有歐洲主流的航空制造商、部分大學(xué)以及Wind River、Green Hill等著名美國公司，該項(xiàng)目的目標(biāo)是攻克IMA2G 技術(shù)，達(dá)到如下目的：增加航空電子設(shè)備客戶滿意度、提高航空飛行器研發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)過程中的效費(fèi)比、提供等級(jí)不斷增長的可靠性和信息安全性以及減輕航空運(yùn)輸過程中的環(huán)境污染。

　　SCARLETT技術(shù)創(chuàng)新包括［3］［4］［5］［6］［7］［8］［9］：1）提出了分布式模塊化電子設(shè)備（Distributed Modular Electronics ：DME）概念，將航電系統(tǒng)輸入輸出和航電應(yīng)用處理相分離，減少通用模塊類型，實(shí)現(xiàn)分布式安裝，提高航電設(shè)備對(duì)飛機(jī)機(jī)體安裝空間的適應(yīng)性，減輕航電設(shè)備和連接電纜重量；2）支持不斷增長的高性能處理器應(yīng)用。基于多核處理器的高性能通用處理模塊應(yīng)達(dá)到與單核處理器同樣的實(shí)時(shí)確定性，支持安全關(guān)鍵航電應(yīng)用的綜合 ；3）提供平臺(tái)級(jí)服務(wù)的抽象。IMA1G實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用與平臺(tái)之間的相互獨(dú)立。但還不能滿足不同域的配置。SCARLETT以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)和起點(diǎn)，在標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)API 中，增加新功能、改進(jìn)現(xiàn)有配置形式，以便反映不同的角色，簡(jiǎn)化增量式認(rèn)證；4）提供重構(gòu)機(jī)制。該機(jī)制是SCARLETT的核心創(chuàng)新點(diǎn)，通過備份資源管理實(shí)現(xiàn)資源在平臺(tái)級(jí)的動(dòng)態(tài)分配而不是在子系統(tǒng)級(jí)的靜態(tài)分配。該機(jī)制可達(dá)到使用最小數(shù)量的備份資源，使飛行器達(dá)到最大的可用性。該研究工作包括：地面重構(gòu)和空中重構(gòu)；預(yù)先驗(yàn)證的重構(gòu)和基于算法的重構(gòu)的比較；監(jiān)管下的重構(gòu)和自動(dòng)重構(gòu)的比較；備份模塊在多功能間的共享；功能的平穩(wěn)降級(jí)。5）綜合過程和工具。研究?jī)?nèi)容包括：通用的軟件開發(fā)和調(diào)試工具；平臺(tái)仿真工具；應(yīng)用預(yù)確認(rèn)工具；平臺(tái)配置和重構(gòu)工具；平臺(tái)動(dòng)態(tài)行為分析工具；自動(dòng)化測(cè)試工具 。6）封裝技術(shù)選擇。實(shí)現(xiàn)面向多種飛機(jī)的可復(fù)用通用模塊。 7）制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.2、時(shí)間關(guān)鍵航電應(yīng)用在IMA 中的綜合

　　在現(xiàn)代飛行器航電系統(tǒng)中，飛行器制動(dòng)、轉(zhuǎn)向（Steering）、飛控、高升力、客艙壓力等為典型的時(shí)間關(guān)鍵（time critical:TC）功能，這類任務(wù)的主要特點(diǎn)是周期短、速率高、延遲短，最大動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短。如何將這類任務(wù)綜合到IMA系統(tǒng)中，SCARLETT對(duì)此提出了三個(gè)方案，研究了三種方案的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、可靠性和容錯(cuò)能力［10］ 。在SCARLETT項(xiàng)目中，波蘭 Rzeszow University of Technology 基于AFDX體系架構(gòu)，采用CPM（Core Processing Module）+REU（Remote Electronics Unit）體系結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證控制算法分配在CPM和REM間，實(shí)現(xiàn)俯仰舵面控制，調(diào)度框架實(shí)現(xiàn)了200Hz的調(diào)度速率，可以滿足飛行控制任務(wù)需求。應(yīng)當(dāng)指出，SCARLETT項(xiàng)目中飛行器主干網(wǎng)絡(luò)為第一代AFDX，采用基于網(wǎng)絡(luò)的綜合方法，這種綜合方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜分布式網(wǎng)絡(luò)航電系統(tǒng)綜合。如果采用基于任務(wù)的綜合方法，上述調(diào)度速率可進(jìn)一步提高，但綜合方法相對(duì)較復(fù)雜。另外，如果主干網(wǎng)絡(luò)采用千兆AFDX，仍采用上述綜合方法，調(diào)度速率也可進(jìn)一步提高。總之，基于AFDX架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間關(guān)鍵航電應(yīng)用在IMA系統(tǒng)中的綜合。