Корабельный аппаратно-программный комплекс

Полезная модель относится к комплексам управления, построенным на базе вычислительной техники для управления средствами оснащения кораблей. Полезная модель предназначена для приема информации, ее преобразования, формирования задания для объектов управления, проведения цикла их подготовки и использования. Техническим результатом является создание корабельного аппаратно-программного комплекса с более широкими функциональными возможностями, повышенной надежностью и удобством обслуживания. Комплекс содержит основное и резервное микропрограммное вычислительное устройство, в состав каждого из которых входят основной и резервный адаптер внешней информационной сети, основной и резервный блок мультиплексного канала информационного обмена, контроллер мультиплексного канала информационного обмена, внутренняя интерфейсная магистраль, контроллер внутренней интерфейсной магистрали, два устройства разовых команд, контроллер радиальных каналов, два адаптера радиальных каналов и микроЭВМ, состоящая из процессора, оперативного запоминающего устройства, постоянного запоминающего устройства и локальной сети, два устройства ввода-вывода, два коммутатора и имитатор объектов управления. 2ил, 1 п.ф-лы.

Данная полезная модель относится к вычислительной технике, является частью информационной управляющей системы и предназначена для сбора информации от внешних источников, последующей ее обработки, формирования задания для объектов управления, проведения цикла их подготовки и использования.

Известна корабельная боевая информационно-управляющая система [1], содержащая контур сопряжения с источниками и потребителями информации, состоящий из электронно-вычислительной машины (ЭВМ), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), системной интерфейсной магистрали, адаптеров сопряжения с мультиплексными каналами.

Основными недостатками контура являются:

- отсутствие аппаратных средств сопряжения с объектом управления по радиальному каналу биполярного кода, по каналу обмена разовыми релейными командами;

- отсутствие резерва аппаратных средств контура, что существенно может повлиять на решение задач подготовки и использования объектов управления;

- отсутствие имитаторов объектов управления, что не обеспечивает необходимой глубины самопроверок, подтверждающих готовность системы к работе.

Известна многопроцессорная корабельная управляющая вычислительная система [2], содержащая микропроцессорное вычислительное устройство (МПВУ) сопряжения с источниками информации, резервируемое МПВУ сопряжения с объектами управления.

Основными недостатками системы являются:

- большая аппаратная избыточность;

- отсутствие резерва в системной информационной сети, обеспечивающей взаимодействие МПВУ, входящих в систему;

- отсутствие имитаторов объектов управления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому корабельному аппаратно-программному комплексу является многофункциональный бортовой вычислительный комплекс [3], содержащий микроЭВМ, состоящую из процессора (Пц), ОЗУ, ПЗУ и локальной сети, адаптер радиального канала (АРК), устройство разовых команд (УРК) и внутреннюю интерфейсную магистраль, при этом микроЭВМ сопрягается с АРК и УРК через внутреннюю интерфейсную магистраль, Пц, ОЗУ, ПЗУ взаимодействуют через локальную сеть.

Основным недостатком комплекса - прототипа является то, что:

- аппаратные средства комплекса не имеют резерва, что существенно снижает его показатели надежности;

- отсутствуют аппаратные средства сопряжения с источниками информации;

- в комплексе нет имитатора объектов управления и аппаратных средств для его автоматического подключения, что значительно влияет на удобство обслуживания комплекса.

Целью заявляемого технического решения является создание корабельного аппаратно-программного комплекса с более широкими функциональными возможностями, повышенной надежностью и удобством обслуживания.

Указанная цель достигается тем, что в корабельный аппаратно-программный комплекс, содержащий МПВУ, включающее взаимосвязанные через внутреннюю интерфейсную магистраль УРК, АРК и микроЭВМ, состоящую из Пц, ОЗУ, ПЗУ и локальной сети, дополнительно введены второе МПВУ, два устройства ввода-вывода (УВВ), два коммутатора и имитатор объектов управления (ОУ), а в каждое МПВУ введены два адаптера внешней информационной сети (АВИС), два блока мультиплексного канала информационного обмена (МКИО), контроллер МКИО, контроллер внутренней интерфейсной магистрали (ВИМ), контроллер радиальных каналов (КРК), второе УРК и второй АРК, при этом в каждом МПВУ в микроЭВМ локальная сеть сопрягает Пц, ОЗУ, ПЗУ и через контроллер BUM и саму ВИМ обеспечивает связь микроЭВМ с первым и вторым АВИС, контролером МКИО, первым и вторым УРК и КРК, первые двунаправленные связи первого и второго блоков МКИО обеспечивают их сопряжение с входами-выходами контроллера МКИО, а вторые являются внешними связями сопряжения с основным и резервным МКИО, КРК первым и вторым входом-выходом соединен с входом-выходом соответственно первого и второго АРК, внешние входы-выходы одноименных первых и вторых УРК и АРК обеих МПВУ объединены и связаны с первыми входами-выходами соответственно первого и второго УВВ, внешние входы-выходы первого и второго АВИС связаны соответственно с основной и резервной внешними информационными сетями, вторые входы-выходы первого и второго УВВ сопрягаются с первыми входами-выходами соответственно первого и второго коммутаторов, вторые входы-выходы коммутаторов связаны с входами-выходами имитатора ОУ, а третьи являются внешними связями сопряжения с первым и вторым объектами управления.

Введение указанных блоков и связей позволяет создать рациональную структуру комплекса. Резервирование как самих МПВУ, так и отдельных узлов МПВУ (АВИС, блок МКИО) значительно повышает надежностные характеристики комплекса многократного применения, а включение в состав комплекса блоков сопряжения с корабельными источниками и потребителями информации позволило придать ему новые функциональные возможности.

Все резервируемые элементы комплекса могут изначально выполнять функции как основных, так и резервных, а в процессе работы эти функции могут перераспределяться.

Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг.1), на котором изображена структурная схема корабельного аппаратно-программного комплекса; на фиг.2 представлена блок-схема алгоритма функционирования комплекса.

На фиг.1 обозначены:

1.1 - первое МПВУ;

1.2 - второе МПВУ;

2.1 - первое УВВ;

2.2 - второе УВВ;

3.1 - первый коммутатор;

3.2 - второй коммутатор;

4 - имитатор ОУ;

5.1 - первый АВИС;

5.2 - второй АВИС;

6.1 - первый бок МКИО;

6.2 - второй блок МКИО;

7 - контроллер МКИО;

8 - внутренняя интерфейсная магистраль;

9 - микроЭВМ;

10.1 - первое УРК;

10.2 - второе УРК;

11 - КРК;

12.1 - первый АРК;

12.2 - второй АРК;

13 - контроллер ВИМ;

14 - ПЗУ;

15 - ОЗУ;

16 - Пц

17 - локальная сеть.

Согласно фиг.1, в составе первого 1.1 и второго 1.2 МПВУ в микроЭВМ 9 локальная сеть 17 сопрягает Пц 16 с ОЗУ 15, ПЗУ 14 и контроллером ВИМ 13, внутренняя интерфейсная магистраль 8 через вход-выход контроллера ВИМ 13 сопрягает микроЭВМ 9 с первым 5.1 и вторым 5.2 АВИС, контроллером МКИО 7, первым 10.1 и вторым 10.2 УРК, КРК 11, контроллер МКИО 7 первым входом-выходом связан с входом-выходом первого блока МКИО 6.1, а вторым входом-выходом -со вторым блоком МКИО 6.2, через первый вход-выход КРК 11 связан с входом-выходом первого АРК 12.1, а через второй вход-выход - со вторым АРК 12.2, через внешние входы-выходы первого 5.1 и второго 5.2 АВИС первое 1.1 и второе 1.2 МПВУ сопрягаются с основной и резервной внешней информационной сетью, а через входы-выходы первого 6.1 и второго.6.2 блоков МКИО - с основным и резервным МКИО, первые входы-выходы первого 2.1 и второго 2.2 УВВ поступают соответственно на входы-выходы первого 10.1 и второго 10.2 УРК и первого 12.1 и второго 12.2 АРК в первом 1.1 и втором 1.2 МПВУ, вторые входы-выходы первого 2.12 и второго 2.2 УВВ сопрягаются соответственно с первыми входами-выходами первого 3.1 и второго 3.2 коммутаторов, вторые входы-выходы которых связаны с первым и вторым входами имитатора ОУ 4, а третьи являются внешними связями корабельного аппаратно-программного комплекса и обеспечивают его сопряжение с первым и вторым объектами управления.

Блоки АВИС 5.1 и 5.2 обеспечивают реализацию протокола взаимодействия в сети Ethernet, являющейся внешней информационной сетью и сопрягают ее с внутренней интерфейсной магистралью 8 -шиной ISA.

Блоки МКИО 6.1 и 6.2 выполняют функции оконечных устройств, работающих в режиме монитора, мультиплексного канала по ГОСТ Р52070-2003.

Блоки АРК 12.1 и 12.2 обеспечивают взаимодействия с объектом управления и функционируют в соответствии с требованиями протокола ARINC 429.

УРК 10.1 и 10.2 с внутренней стороны представляют собой контроллеры, обеспечивающие взаимодействие с внутренней интерфейсной магистралью 8 - шиной ISA, а с внешней - блоки электромеханических реле и оптоэлектронной развязки.

УВВ 2.1 и 2.2 содержат схему контроля аналоговых параметров, преобразователи первичной сети ˜220 В 50 Гц в сеть питания ОУ - 27 В и схему блокировки цепей связи с ОУ, представляющую собой набор электромеханических реле.

Имитатор ОУ в полном объеме имитирует обмен с объектом управления по последовательному радиальному каналу и каналу релейного обмена.

Предлагаемый корабельный аппаратно-программный комплекс работает следующим образом.

Включение комплекса осуществляется с пульта информационной управляющей системы (ИУС). По включению питания микроЭВМ 9 основного 1.1 и 1.2 МПВУ осуществляют тестирование сопрягаемой с ними аппаратуры и в случае ее исправности формируют сообщение о своей готовности к работе. Информационная управляющая система, получив сообщение от комплекса о готовности к работе, назначает одно из МПВУ основным, а другое резервным. Взаимодействие комплекса с информационной управляющей системой осуществляется по одной из внешних информационных сетей (основной или резервный).

Комплекс работает в следующих режимах:

- «Ввод данных»;

- «Практический»;

- «Регламентный».

При этом предусмотрены следующие виды использования:

- «Практическое использование» (ПИ);

- «Комплексные проверки» (КП);

- «Автономные проверки» (АП).

Режим работы и вид использования задаются комплексу с пульта информационной управляющей системы.

При ПИ комплекс взаимодействует с реальным источником информации по каналу МКИО и реальными объектами управления.

При КП комплекс может функционировать как с реальными внешними источниками и потребителями информации, так и с их имитаторами.

При АП взаимодействие комплекса осуществляется только с имитаторами источников и потребителей информации.

Блок-схема алгоритма функционирования комплекса (фиг.2) поясняет его работу.

Работу комплекса определяет микроЭВМ 9. В микроЭВМ 9 взаимодействие Пц 16 с ОЗУ 15, ПЗУ 14 и контроллером ВИМ 13 осуществляется через локальную сеть 17.

Работа МПВУ 1.1 (1.2) организована с задействованием внутренней интерфейсной магистрали 8, через которую микроЭВМ 9 взаимодействует:

- с внешней информационной сетью через первый 5.1 (второй 5.2) АВИС;

- с мультиплексным информационным каналом через контроллер МКИ 07 и первый 6.1 (второй 6.2) блок МКИО;

- с объектом управления (имитатором ОУ 4) по каналу разовых команд через УРК 10.1 и УРК 10.2;

- с объектом управления ( имитатором ОУ 4) по радиальным каналам биполярного кода через КРК 11, АРК 12.1 и/или АРК 12.2.

Сопрягается микроЭВМ 9 с внутренней интерфейсной магистралью через контроллер ВИМ 13.

УВВ 2.1 и УВВ 2.2 при взаимодействии с объектами управления обеспечивают:

- контроль аналоговых параметров;

- блокировку рабочих цепей;

- формирование сети постоянного тока напряжением 27 В. Коммутаторы 3.1 и 3.2 обеспечивают подключение объектов управления или их имитатора ОУ 4.

В режиме «Ввод» комплекс по данным информационной управляющей системы и навигационным данным, поступающим по каналу МКИО, формирует задание для объекта (объектов) управления.

В режиме «Регламентный» комплекс проверяет исправность объектов управления и готовность их к работе. Проверка заключается в том, что согласно временной диаграммы на борт объектов управления передается задание, контролируется исправность приема, передаются разовые команды и контролируется их выполнение. Завершается режим приемом сообщения от объекта (объектов) «Изделие исправно».

Режим «Практический» отличается от «Регламентного» тем, что после получения сообщения от объекта (объектов) управления «Изделие исправно» комплекс проводит заключительный цикл использования ОУ.

В процессе проведения режимов комплекс передает информацию о ходе режима на пульт управления информационной управляющей системы.

Представленная структура и описание корабельного аппаратно-программного комплекса позволяют, учитывая существующие технологии и элементную базу, изготовить его промышленным способом и использовать в корабельных комплексах, что характеризует предлагаемую полезную модель как промышленно применимую.

Корабельный аппаратно-программный комплекс, содержащий микропроцессорное вычислительное устройство, включающее взаимосвязанные через внутреннюю интерфейсную магистраль устройство разовых команд, адаптер радиального канала и микроЭВМ, состоящую из процессора, ОЗУ, ПЗУ и локальной сети, отличающийся тем, что в него введены второе микропроцессорное вычислительное устройство, два устройства ввода-вывода, два коммутатора и имитатор объектов управления, а в каждое микропроцессорное вычислительное устройство введены два адаптера внешней информационной сети, два блока мультиплексного канала информационного обмена, контроллер мультиплексного канала информационного обмена, контроллер внутренней интерфейсной магистрали, контроллер радиальных каналов, второе устройство разовых команд и второй адаптер радиального канала, при этом в каждом микропроцессорном вычислительном устройстве микроЭВМ через контроллер внутренней интерфейсной магистрали и саму внутреннюю интерфейсную магистраль сопряжено с первым и вторым адаптерами внешней информационной сети, контроллером мультиплексного канала информационного обмена, первым и вторым устройствами разовых команд и контроллером радиальных каналов, первые двунаправленные связи первого и второго блоков мультиплексного канала информационного обмена соединены с входами-выходами контроллера мультиплексного канала информационного обмена, а вторые являются внешними связями сопряжения с основным и резервным мультиплексными каналами информационного обмена, контроллер радиальных каналов первым и вторым входом-выходом соединен с входом-выходом соответственно первого и второго адаптеров радиальных каналов, внешние входы-выходы одноименных устройств разовых команд и адаптеров радиальных каналов обоих МПВУ объединены и связаны с первыми входами-выходами соответственно первого и второго устройств ввода-вывода, внешние входы-выходы первого и второго адаптеров внешней информационной сети связаны соответственно с основной и резервной внешними информационными сетями, вторые входы-выходы первого и второго устройств ввода-вывода сопрягаются с первыми входами-выходами соответственно первого и второго коммутаторов, вторые входы-выходы коммутаторов связаны с входами-выходами имитатора объектов управления, а третьи являются внешними связями сопряжения с первым и вторым объектами управления.