IMA1G已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍民用航電系統(tǒng)中，IMA2G 時代即將到來。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的優(yōu)勢，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、研究成果以及測試驗證情況，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 以及軍用運輸機A400 等飛機相繼投入運營，標志著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標準修訂［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。歐盟在第七框架計劃中安排的SCARLETT項目（Scalable & ReconfigurabLe Electronics PlaTforms and Tools Towards the Next Generation of Integrated Modular Avionics），對IMA2G 技術(shù)領(lǐng)域進行了全面深入研究。本文重點分析了國外IMA2G方面的研究工作，特別是歐洲SCARLETT項目的研究工作，簡述了我們在IMA2G方面的研究方案、部分工作進展， 并介紹了所開發(fā)的IMA2G系統(tǒng)實際運行情況和評測結(jié)果，最后指出了需進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項目簡述

　　SCARLETT是歐盟在第七框架計劃中安排的面向下一代綜合化航電系統(tǒng)的研究項目，參加單位包括達索、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，該項目的目標是攻克IMA2G 技術(shù)，達到如下目的：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)和維護過程中的效費比、提供等級不斷增長的可靠性和信息安全性以及減輕航空運輸過程中的環(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，實現(xiàn)分布式安裝，提高航電設(shè)備對飛機機體安裝空間的適應(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)達到與單核處理器同樣的實時確定性，支持安全關(guān)鍵航電應(yīng)用的綜合 ；3）提供平臺級服務(wù)的抽象。IMA1G實現(xiàn)了應(yīng)用與平臺之間的相互獨立。但還不能滿足不同域的配置。SCARLETT以現(xiàn)有標準為基礎(chǔ)和起點，在標準平臺API 中，增加新功能、改進現(xiàn)有配置形式，以便反映不同的角色，簡化增量式認證；4）提供重構(gòu)機制。該機制是SCARLETT的核心創(chuàng)新點，通過備份資源管理實現(xiàn)資源在平臺級的動態(tài)分配而不是在子系統(tǒng)級的靜態(tài)分配。該機制可達到使用最小數(shù)量的備份資源，使飛行器達到最大的可用性。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。5）綜合過程和工具。研究內(nèi)容包括：通用的軟件開發(fā)和調(diào)試工具；平臺仿真工具；應(yīng)用預(yù)確認工具；平臺配置和重構(gòu)工具；平臺動態(tài)行為分析工具；自動化測試工具 。6）封裝技術(shù)選擇。實現(xiàn)面向多種飛機的可復(fù)用通用模塊。 7）制訂相關(guān)標準。

　　1.2、時間關(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、轉(zhuǎn)向（Steering）、飛控、高升力、客艙壓力等為典型的時間關(guān)鍵（time critical:TC）功能，這類任務(wù)的主要特點是周期短、速率高、延遲短，最大動態(tài)響應(yīng)時間短。如何將這類任務(wù)綜合到IMA系統(tǒng)中，SCARLETT對此提出了三個方案，研究了三種方案的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、動態(tài)響應(yīng)特性、可靠性和容錯能力［10］ 。在SCARLETT項目中，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)，驗證控制算法分配在CPM和REM間，實現(xiàn)俯仰舵面控制，調(diào)度框架實現(xiàn)了200Hz的調(diào)度速率，可以滿足飛行控制任務(wù)需求。應(yīng)當指出，SCARLETT項目中飛行器主干網(wǎng)絡(luò)為第一代AFDX，采用基于網(wǎng)絡(luò)的綜合方法，這種綜合方法簡單，易于實現(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)度速率可進一步提高，但綜合方法相對較復(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)度速率也可進一步提高。總之，基于AFDX架構(gòu)可以實現(xiàn)時間關(guān)鍵航電應(yīng)用在IMA系統(tǒng)中的綜合。