基于雙主機冗余的顯示控制系統(tǒng)設計

0引言

隨著航空電子設備的不斷發(fā)展，對可靠性的要求越來越高。顯示控制系統(tǒng)應用在航空電子控制系統(tǒng)中，主要完成數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示和系統(tǒng)控制等功能，是人機交互的窗口，是重要的系統(tǒng)控制部件之一。由于顯示控制系統(tǒng)的特殊功能地位，要求顯示控制系統(tǒng)具有連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的工作特性。為了提高顯示控制系統(tǒng)的可靠性，本文采用余度技術，即對系統(tǒng)進行雙冗余設計來提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。

1冗余理論

冗余理論來源于自動控制系統(tǒng)可靠性研究，其核心內(nèi)容是如何最大限度地提高系統(tǒng)的可靠性。自動控制系統(tǒng)是由許多元部件組成的，元部件的組合方式與系統(tǒng)可靠性有十分密切的關系，冗余設計就是在控制系統(tǒng)中增加備用的關鍵元部件，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)通過故障控制策略啟動備用部件，來保證系統(tǒng)的正常運行，避免了單點故障造成的系統(tǒng)部分或全部功能的失效。

但冗余設計也不是一味地增加備份部件，備份部件的增加一方面增加了系統(tǒng)的復雜度、控制的復雜度，另一方面也增加了系統(tǒng)成本、功耗、重量，而且冗余設計的不合理，也可能降低系統(tǒng)的可靠性。

2顯示控制系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)構成

顯示控制系統(tǒng)的主要功能是完成數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示和系統(tǒng)控制。系統(tǒng)構成包括：控制模塊、I/O模塊、A/D模塊、電源模塊、液晶顯示器以及鍵盤。系統(tǒng)各模塊的主要功能：控制模塊是系統(tǒng)的控制中心，和I/O模塊，A/D模塊進行通信，并且完成數(shù)據(jù)的處理和系統(tǒng)控制，同時負責數(shù)據(jù)的顯示和接收鍵盤指令完成相應的動作；I/O模塊主要完成數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的通信功能；A/D模塊主要完成數(shù)據(jù)的裝換和數(shù)據(jù)的采集功能；電源模塊主要完成電壓的轉(zhuǎn)換功能；液晶顯示主要完成圖形的顯示功能；鍵盤主要完成用戶按鍵指令的接收功能。

2.2雙主機冗余設計

依據(jù)冗余理論，對顯示控制系統(tǒng)進行了詳細的分析，控制模塊和I/O模塊，A/D模塊和顯示器以及鍵盤都有交聯(lián)關系，是系統(tǒng)的控制中心，屬于系統(tǒng)的關鍵部件，因此控制模塊也采用雙余度設計來保證系統(tǒng)的可靠性。同時綜合考慮系統(tǒng)的功耗、重量以及成本等因素，I/O模塊、A/D模塊、電源模塊由于工作任務單一，交聯(lián)關系簡單，因此采用單余度設計。雙主機冗余顯示控制系統(tǒng)硬件架構如圖1所示。

圖1 雙余度顯示控制系統(tǒng)硬件結構

控制模塊是整個顯示控制系統(tǒng)的核心單元，絕大多數(shù)的控制任務都由它來完成?？刂颇K可以冗余配置，也可單模塊工作。如果是冗余配置，一個模塊作為主控模塊，另一個作為備控模塊；如果是單模塊配置，不管是配置那一個通道的模塊都作為主控模塊工作。兩個控制模塊具有相同的硬件配置和運行同樣的軟件程序。

冗余配置的兩塊控制模塊，一個運行在主控模式，另外一個運行在備控模式，它們是一個熱備份的關系。它們都能訪問I/O模塊和A/D模塊，但主控模式下的控制模塊起著控制系統(tǒng)、圖形顯示、接收鍵盤指令等決定性的作用；備控模式下的控制模塊執(zhí)行診斷和監(jiān)視主控模塊狀態(tài)的好壞，通過周期查詢運行中的主控模塊的狀態(tài)并且實時接收主控模塊發(fā)送的全部運行信息，但是它不輸出圖形信息，不接收鍵盤指令。備控模塊實時保存最新的系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)，以保證主/備切換的無縫連接。