[科普中國]-通道

計(jì)算機(jī)里的通道

①傳輸信息的數(shù)據(jù)通路。②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中傳送信息和數(shù)據(jù)的裝置。主要有主存儲器讀寫通道和輸入、輸出通道。能接收中央處理機(jī)的命令，獨(dú)立執(zhí)行通道程序，協(xié)助中央處理機(jī)控制與管理外部設(shè)備。

一個獨(dú)立于CPU的專門I/O控制的處理機(jī)，控制設(shè)備與內(nèi)存直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。它有自己的通道命令，可由CPU執(zhí)行相應(yīng)指令來啟動通道，并在操作結(jié)束時向CPU發(fā)出中斷信號。通道指令的格式一般由：操作碼，記數(shù)段，內(nèi)存地址段，結(jié)束標(biāo)志組成。一個系統(tǒng)中可設(shè)立三種類型的通道：字節(jié)多路通道、數(shù)組多路通道、選擇通道。

雙余度計(jì)算機(jī)通道概述

航空機(jī)載計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)，為提高系統(tǒng)的可靠性及容錯能力，通常采用雙余度設(shè)計(jì)技術(shù)滿足使用要求。雙余度設(shè)計(jì)主要基于“完整雙功能通道+在線監(jiān)控電路實(shí)現(xiàn)主/備工作”設(shè)計(jì)理念。主要內(nèi)容包括接口信號采集及處理、信號有效性監(jiān)控、計(jì)算機(jī)核心處理電路的自測試、輸出控制和回繞測試以及通道故障管理電路（含主/備工作切換）。

1.通道切換管理策略

該通道切換管理策略主要由通道故障檢測管理策略、主/備狀態(tài)的切換策略、主/備狀態(tài)是否匹配三個部分組成，雙通道根據(jù)通道故障檢測管理策略判定通道對應(yīng)工作狀態(tài)是否正常，同時將本通道狀態(tài)通過硬件傳輸?shù)搅硪煌ǖ?，雙通道內(nèi)部根據(jù)主/備狀態(tài)的切換策略判定是否進(jìn)行主/備切換。

2.通道故障檢測管理策略

正常工作狀態(tài)下的狀態(tài)判定

當(dāng)機(jī)載計(jì)算機(jī)雙通道都處于正常工作時，通道主控狀態(tài)設(shè)定主要有兩種方案：第一種為持續(xù)某一通道主控，另一通道備用；第二種為雙通道主控狀態(tài)根據(jù)某一外部狀態(tài)（供電、飛行次數(shù)等參數(shù)）輸入輪值更替。通道主控狀態(tài)設(shè)定方案的不同，對應(yīng)的軟件通道狀態(tài)設(shè)定值也不同。

故障狀態(tài)下的狀態(tài)判定

當(dāng)機(jī)載計(jì)算機(jī)在工作過程中發(fā)生故障時，主要的判定策略為：根據(jù)故障的嚴(yán)重程度（產(chǎn)品開發(fā)人員自行設(shè)計(jì)）對通道狀態(tài)進(jìn)行賦值。。1

多余度飛控計(jì)算機(jī)通道概述

在航空電子系統(tǒng)中，飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于控制飛機(jī)的飛行功能，是電傳飛行控制系統(tǒng)的“大腦”，直接關(guān)系到飛機(jī)的存亡，要求具有極高的可靠性。因此單靠提高電子元器件的可靠性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求的，必須采用容錯技術(shù)。容錯的重要方法是冗余，余度的設(shè)計(jì)直接決定飛控計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)、軟件管理方法，可靠度、和復(fù)雜度等。目前的飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)普遍采用多余度容錯體系結(jié)構(gòu)，如蘇27的四余度結(jié)構(gòu)，F(xiàn)22和F35的三余度結(jié)構(gòu)等。在余度計(jì)算機(jī)中，每一余度稱為一個通道，每個通道均具有輸出控制能力，根據(jù)系統(tǒng)余度及控制策略的不同，需要設(shè)計(jì)余度計(jì)算機(jī)輸出控制權(quán)的確定和交接，這通常由邏輯上獨(dú)立于處理器及其他接口模塊的專用邏輯完成，這部分邏輯稱之為通道故障邏輯。通道故障邏輯是余度計(jì)算機(jī)的重要組成部分，它根據(jù)各通道提供的自身狀態(tài)信息和其他通道信息來決定該通道是否應(yīng)該擁有輸出控制權(quán)。

1通道故障邏輯的功能需求

1.1計(jì)算機(jī)余度和系統(tǒng)余度數(shù)匹配性需求

根據(jù)余度計(jì)算機(jī)所處系統(tǒng)的余度狀態(tài)，通道故障邏輯可分為兩類：

1）系統(tǒng)余度和計(jì)算機(jī)余度數(shù)相同；

2）系統(tǒng)無余度或余度數(shù)少于計(jì)算機(jī)余度數(shù)。

1.1.1系統(tǒng)余度和計(jì)算機(jī)余度數(shù)相同

在計(jì)算機(jī)余度和系統(tǒng)余度數(shù)相同時，通道故障邏輯根據(jù)本通道自身狀態(tài)信息及其他通道指示本通道狀態(tài)信息進(jìn)行判斷，然后輸出本通道是否有效的指示信號，并“切斷”本通道輸出，“切斷”的通常做法為保持預(yù)先約定的故障安全值。不論是輸入信號還是輸出信號，均為雙余度信號，每一個計(jì)算機(jī)通道均連接有一個獨(dú)立的輸入接口和一個獨(dú)立的輸出接口。計(jì)算機(jī)的輸出接口控制需求為：通道有效時輸出，通道無效時禁止輸出，稱之為本通道自鎖邏輯。如果系統(tǒng)有一次故障安全的需求，則需要增加新的故障邏輯功能：任一通道失效，兩通道均禁止輸出，稱之為通道間互鎖邏輯，即本通道故障時，需要通過硬線通知另一通道的通道故障邏輯禁止其輸出。對于通道故障邏輯而言，與計(jì)算機(jī)余度設(shè)計(jì)相同。

1.1.2系統(tǒng)無余度或余度數(shù)少于計(jì)算機(jī)余度數(shù)

對于系統(tǒng)無余度設(shè)計(jì)或通道個數(shù)少于計(jì)算機(jī)余度個數(shù)的情形，通道故障邏輯根據(jù)本通道自身狀態(tài)信息及其他通道指示本通道狀態(tài)信息進(jìn)行判斷，然后輸出本通道是否有效的指示信號，同時禁止故障通道或無控制權(quán)的通道輸出信號。在通道故障邏輯設(shè)計(jì)中，不僅需要考慮本通道是否具備輸出權(quán)，同時還需要考慮另一通道的輸出狀態(tài)。由系統(tǒng)的角度來看輸入/輸出的信號分配原則對于輸入信號而言，是一個輸出接口對應(yīng)兩個輸入接口，計(jì)算機(jī)中的兩個通道均可使用；對于輸出接口而言，計(jì)算機(jī)的兩個通道為兩個輸出接口，與系統(tǒng)的連接只有一個輸入接口，此時就需要對計(jì)算機(jī)的輸出接口進(jìn)行選擇，通道有效時輸出，通道無效時禁止輸出，稱之為本通道自鎖邏輯。如果本通道獲得輸出控制權(quán)，則通過自鎖邏輯，本通道輸出，但如果另一個通道也輸出，將造成輸出沖突的局面，這是不能容忍的，因此通道故障邏輯又需要具備另一個功能，在本通道輸出的同時禁止另一個通道輸出，稱通道間互鎖邏輯。通道故障邏輯與計(jì)算機(jī)余度設(shè)計(jì)相同。

1.2安全性需求

故障邏輯的安全性需求主要來自于飛控系統(tǒng)的故障工作模式，也決定了故障邏輯對輸出控制權(quán)的切換和管理形式。以駕駛儀系統(tǒng)的雙余度飛控計(jì)算機(jī)來說，安全性需求為關(guān)鍵故障一次故障安全，同時駕駛儀故障后允許切除駕駛儀對飛機(jī)的控制，改由飛行員通過機(jī)械或電傳方式進(jìn)行手動控制，而不影響飛機(jī)的安全，此時對于故障邏輯而言，就需要通道自監(jiān)控完成本通道故障的切除，通道間的監(jiān)控完成另一通道的切除，即需要實(shí)現(xiàn)本通道的自鎖邏輯，和通道間的互鎖邏輯以保證本通道故障時和通道間互比不一致無法確定故障通道時完成飛控計(jì)算機(jī)的切除。對于三余度的飛控計(jì)算機(jī)而言，安全性需求為關(guān)鍵故障一次故障工作，二次故障安全，此時的通道間信息來自于三余度飛控計(jì)算機(jī)的表決，并采用少數(shù)服從多數(shù)的原則來確定故障通道，因此通道故障邏輯需要根據(jù)表決系統(tǒng)的結(jié)果，按照預(yù)定的原則進(jìn)行判斷，如本通道自監(jiān)控正常，另外兩個通道有一個通道指示本通道故障，則按照少數(shù)服從多數(shù)的原則，本通道正常；如果本通道自監(jiān)控正常，另外兩個通道均指示本通道故障，則按照少數(shù)服從多數(shù)的原則，本通道應(yīng)由通道故障邏輯完成切除。

1.3關(guān)鍵故障覆蓋需求

故障邏輯作為硬件切除的最后手段，必須考慮需要切除通道的關(guān)鍵故障的覆蓋率問題。該問題的考慮可以將計(jì)算機(jī)進(jìn)行分割為多個故障包容區(qū)，并按照其故障形式及故障上報(bào)形式進(jìn)行分類，同時需要根據(jù)瞬態(tài)故障和永久故障的相應(yīng)特性設(shè)置硬件濾波或軟件濾波算法，避免虛警。

1.4故障恢復(fù)需求

故障邏輯根據(jù)其所處系統(tǒng)及故障發(fā)生的時機(jī)和先后順序，確定是否進(jìn)行故障恢復(fù)。以雙余度自動飛行控制計(jì)算機(jī)為例，一旦發(fā)生故障，通常是不允許故障恢復(fù)的，這是因?yàn)樽詣语w行控制計(jì)算機(jī)的故障并不會影響飛行安全，由飛行員進(jìn)行駕駛飛行，也不會影響任務(wù)的完成。而在無備份的電傳飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，則不允許所有通道全部切除，否則將導(dǎo)致飛機(jī)完全失去控制，導(dǎo)致災(zāi)難性后果。

1.5獨(dú)立性需求

故障邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)獨(dú)立于模塊的軟硬件設(shè)計(jì)，同時其設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)簡單，其可靠性指標(biāo)應(yīng)遠(yuǎn)高于飛控計(jì)算機(jī)自身的可靠性。其獨(dú)立性的詳細(xì)分析依賴于FMECA分析結(jié)果，避免故障邏輯部分與模塊功能設(shè)計(jì)中有共源故障，導(dǎo)致模塊發(fā)生故障時，故障邏輯無法起到切除故障通道的作用。例如當(dāng)主處理器時鐘故障時，將導(dǎo)致軟件運(yùn)行故障，如果將主處理器時鐘用于故障邏輯設(shè)計(jì)，可能導(dǎo)致故障邏輯無法監(jiān)控到軟件的運(yùn)行故障2。

名詞解釋通道tōngdàoㄊㄨㄥㄉㄠˋ

來往通行的大路。漢書．卷七十．陳湯傳：「老棄敦煌，正當(dāng)西域通道。」

通行天下的倫常法則，指達(dá)道而言。史記．卷一一二．平津侯傳：「君臣、父子、兄弟、夫婦、長幼之序，此五者天下之通道也?！?/p>

開通道路。書經(jīng)．旅獒：「惟克商，遂通道于九夷八蠻。」3