CN101713970B

CN101713970B - 重启飞行控制系统的方法和系统

Info

Publication number: CN101713970B
Application number: CN200910178775.7A
Authority: CN
Inventors: D·B·皮尔斯; J·詹森
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: EP4002123A1; EP4002123B1; CA2680807C; US20100083038A1; EP2172843A1; US8209526B2; BRPI0903553A2; EP2172843B1; CA2680807A1; JP5632602B2; JP2010083480A; CN101713970A

Abstract

重启飞行控制系统的方法和系统。提供了一种飞行控制系统(100)。该飞行控制系统包括：至少一个传感器(112)，被配置为收集数据；飞行控制器(110)，耦合到所述至少一个传感器。所述飞行控制器(110)包括：随机存取存储器(RAM)设备(144)，被配置为将至少一个可执行程序存储在所述RAM设备的第一RAM扇区和第二RAM扇区中；和处理器(140)，被配置为执行来自于该第一RAM扇区的该至少一个可执行程序，以处理该传感器数据并且输出操作指令；和至少一个致动器(116)，耦合到所述飞行控制器，所述致动器被配置为接收并执行该操作指令。

Description

重启飞行控制系统的方法和系统

技术领域

本发明的领域总体上涉及飞行控制系统，更具体地，涉及用于在飞行控制系统出错或故障之后快速恢复的方法和体系。

背景技术

至少一些已知的航空器包括包含数字计算机的控制系统。飞行控制系统从传感器与/和飞行员接收输入，并且作为响应，向航空器的飞行控制组件提供控制信号。包括在一些已知航空器中的飞行控制系统的例子是电传操纵(fly-by wire)系统。在包括电传操纵系统的航空器中，飞行员对驾驶舱内的操纵装置(control)的移动不通过机械耦合(例如液压或电缆)被传送到航空器的相应飞行操纵面。而是相反，飞行员对驾驶舱内的操纵装置的移动被传感器转换成电子信号，该电子信号被传送到飞行控制系统计算机。飞行控制系统计算机为耦合到航空器的飞行操纵面的致动器提供操作指令。电传操纵系统通常还包括为飞行控制系统计算机提供数据的传感器，该数据与飞行员输入相结合来确定飞行操纵面(例如电子稳定系统)的操作。

飞行控制系统还可以被包括在无人驾驶飞行器中。无人驾驶航空中的飞行控制系统例如从遥远位置或从预先编程的飞行平面接收电子信号，并且将那些电子信号与来自于传感器的信息相结合以确定飞行操纵面的操作。

计算机的连续操作和/或从计算机误差或故障的快速恢复促进了飞行控制对计算机的依赖。

发明内容

在一个方面，描述一种用于飞行控制系统的快速重启的方法，其中该飞行控制系统包括处理器。该方法包括将至少一个可执行程序存储在存储器设备上，并且在预定时间将该至少一个可执行程序复制到RAM(随机存取存储器)存储器设备的第一随机存取存储器(RAM)扇区和第二RAM扇区。该方法还包括一旦重启该处理器就将该至少一个可执行程序从第二RAM扇区复制到第一RAM扇区，以及通过执行从第二RAM扇区复制到第一RAM扇区的该至少一个可执行程序来重新初始化处理机操作。

在另一个方面，描述了一种飞行控制系统。该飞行控制系统包括被配置为收集数据的至少一个传感器/输入设备和耦合到该至少一个传感器/输入设备的飞行控制器。该飞行控制器包括被配置为将至少一个可执行程序存储在第一RAM扇区和第二RAM扇区的随机存取存储器(RAM)设备以及被配置为执行来自于该第一RAM扇区的至少一个可执行程序以处理该传感器/输入设备数据以及输出操作指令的处理器。该飞行控制系统还包括耦合到该飞行控制器的至少一个致动器。该致动器被配置为接收并且执行该操作指令。

在另一个方面，描述了一种飞行控制器。该飞行控制器包括随机存取存储器(RAM)设备，其包括第一RAM扇区和第二RAM扇区，其中至少一个可执行程序的第一副本被存储在第一RAM扇区中以及该至少一个可执行程序的第二副本被存储在第二RAM扇区中。该飞行控制器还包括处理器，其被配置为执行来自于该第一RAM扇区的至少一个可执行程序。

附图说明

图1是示范的飞行控制系统的框图。

图2是飞行控制器的示范的实施例的框图。

图3是图2所示的飞行控制器的替换实施例。

图4是飞行控制系统的操作的示范的时序图。

图5是用于快速重启飞行控制系统的示范的方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述以示例方式而非限制性方式阐明了本发明的实施例。预期，本发明具有快速重启装备控制系统的一般应用，其减少工业、商业和住宅应用中的装备操作的中断。

这里所用的以单数记载以及用字“一”或“一个”进行的元件或步骤应该被理解为不排除复数元件或步骤，除非明确指出。此外，本发明的“一个实施例”的提及不意欲被理解为排除还合并这里记载的特征的另外的实施例的存在。

图1是示范的飞行控制系统100的框图。在该示范的实施例中，飞行控制系统100包括飞行控制器110、传感器112、输入/输出(I/O)设备114和致动器116。传感器112为飞行控制器110提供数据，例如当前飞行信息、航空器信息和有关天气的信息。飞行控制器110接收并处理该数据，使得飞行控制指令被提供给I/O设备114和致动器116，其中根据飞行控制指令采取行动。尽管图示为包括单个传感器112、单个I/O设备114和单个致动器116，但是系统100可以包括任意数目的传感器、I/O设备和致动器，使得系统100如这里所述地运行。

在具体的实施例中，当操作员移动耦合到传感器112的输入设备(图1未示出)时，传感器112将操作员输入传送到飞行控制器110。例如，操作员对飞行操纵杆的移动(图1未示出)由传感器112接收到并且被传送到飞行控制器110。控制器110确定与操作员输入对应的航空器的飞行操纵面(图1未示出)的操作。控制器110还可以将操作员输入与被预编程的对应于所选择的操作员输入的任何其它传感器输入(例如，有关天气的输入、海拔输入和/或航空器速度输入)结合。在其它实施例中，控制器110不接收操作员输入，而是基于例如预先编程的飞行计划和来自传感器112的输入来确定航空器的飞行操纵面的操作。致动器116根据飞行控制器110指令移动航空器的飞行操纵面。

图2是飞行控制器110的示范的实施例的框图。在该示范的实施例中，飞行控制器110包括处理器140、只读存储器(ROM)设备142和随机存取存储器(RAM)设备144。在该示范的实施例中，ROM存储器设备142、RAM存储器设备144和处理器140由存储器总线146耦合。在一些例子中，ROM存储器设备142是闪速存储器设备，但是，ROM存储器设备142可以是使得飞行控制器110如这里所述地运行的任何存储器设备。上述存储器类型仅仅是示范的，因而不限制飞行控制器110内可用的存储器类型。

ROM设备142和RAM设备144中的至少一个存储至少一个可执行程序，以及处理器140执行该至少一个可执行程序。在该示范的实施例中，该可执行程序包括操作系统和至少一个应用程序。操作系统控制系统100(图1所示)的资源的配置，以及应用程序控制例如航空器的操作。该操作系统包括用于实现该操作系统的资源分配服务的可执行代码和数据结构。该应用程序包括用于例如确定飞行指令的可执行代码和数据结构。在某些实施例中，该操作系统是实时操作系统(RTOS)。RTOS便于确定的行为，其中预期在事件发生后的预定时段内发生对该事件的响应。RTOS可以被存储在ROM存储器设备142和/或RAM存储器设备144上，并且可通过存储器总线146访问处理器140。

RAM存储器设备144包括RAM的一个连续存储体。RAM的该一个连续存储体包括低的地址空间上的第一扇区，其中可执行程序被复制到该第一扇区，并且从该第一扇区中执行可执行程序。RAM的第一扇区在这里被称为低RAM 150。RAM的该一个连续存储体还包括高的地址空间上的第二扇区，其中程序以暂时状态放置在该第二扇区中。RAM的第二扇区在这里被称为高RAM 154。将程序从ROM设备142或目标主系统(图2未示出)复制到高RAM 154和低RAM 150。在发生事件和/或故障时，将程序从高RAM 154复制到低RAM 150，并且从低RAM 150执行。在该示范的实施例中，处理器140控制ROM设备142、低RAM 150和高RAM 154之间的读/写操作。

图3是飞行控制器110的替换实施例。共用于飞行控制器110(图2所示)的示范的实施例和飞行控制器110(图3所示)的替换实施例之间的组件用相同的附图标记标识。在该替换实施例中，飞行控制器110包括直接存储器存取(DMA)引擎162。独立于处理器140，DMA引擎162执行ROM设备142、低RAM 150和高RAM 154之间的读/写操作。DMA引擎162便于存储器设备142和144之间快速的数据传送，卸下了这些数据传送任务对处理器140的负担。

图4是飞行控制器110的操作的示范的时序图170。时序图170示出了重复的飞行控制器110操作的控制循环172，以连续地确定保持航空器的操作的操作指令。飞行控制器110操作包括获得180输入、处理182该输入、以及发送184输出。在该示范的实施例中，飞行控制器110从例如传感器112(图1所示)获得180输入，并且将输出发送184到例如I/O设备114(图1所示)，I/O设备114反过来影响致动器116(图1所示)的操作。控制循环172的长度在这里被称为计算帧186。计算帧186取决于飞行控制需求。例如，大的客机可能不需要如战斗机那样常常保持飞行控制信号的稳定性。在一些实施例中，例如战斗机中，可以在小于一毫秒(ms)内执行操作180、182和184。在一些实施例中，例如，客机中，计算帧186的长度可以从一个ms到五百个ms，但是这些计算帧186仅仅作为例子给出，并且不意味着限制。

控制循环172中的任何中断可以中断飞行控制系统100的操作。减少控制循环172中中断的影响便于减少对飞行控制系统100的操作的中断。例如，软件错误可以中断处理器140的操作，因此中断控制循环172。软件错误可以是例如运行在处理器140上的可执行程序中的除零错误、数据存取异常或指令存取异常之类的事件。软件错误可以是中断处理器140的操作因此中断控制循环172的任何事件。处理器140的重启通常通过消除软件错误来将处理器140返回到正常操作。但是，在处理器重置期间，控制循环172被中断。计算帧186的长度越短，错误事件对飞行控制器110的影响越大，因为当处理器140返回到正常操作时，经过控制循环172的更多的帧186。

图5是用于快速重启飞行控制系统(例如飞行控制系统100(图1所示))的示范的方法的流程图200。该示范的方法包括将可执行程序存储210在例如ROM设备142(图2所示)中。该可执行程序包括程序文本和只读数据。更准确地说，在该示范的实施例中，该可执行程序包括操作系统代码和应用程序代码。该方法还包括在飞行控制器110(图1所示)的启动期间复制212该可执行程序。在飞行控制器启动期间复制212可执行程序包括将存储在ROM设备142中的可执行程序复制到低RAM和高RAM。例如，将可执行程序复制到RAM存储器设备144(图2所示)的低RAM 150以及复制到RAM存储器设备144(图2所示)的高RAM 154。

一旦复制212到低RAM和高RAM，处理器就执行214来自于低RAM150的可执行程序。如上所述，可以通过重启处理器140来解决例如软件错误或故障的事件。重启处理器140包括重新初始化可执行程序以消除处理器错误或故障。该示范的方法包括将可执行程序从高RAM154复制到低RAM 150，并且利用传送到低RAM 150的可执行程序重新初始化218处理器140。利用复制的可执行程序重新初始化218处理器140便于利用原始可执行程序重启处理器140，摆脱了可能在处理器错误或故障之前的执行期间已经进入了可执行程序的错误。

在一些实施例中，当在软件错误/故障发生之后重启处理器140时，不需要处理器140的完全重启，以及可以除去重启进程中的某些步骤。例如，如果不需要克服软件错误/故障，则可以跳过存储器管理单元(MMU)的设置。可执行程序在高RAM 154和低RAM 150之间的快速传送便于减少处理器140的重启时间。此外，减少的重启时间便于减少对处理器140(图2所示)操作的中断，这可以减少控制循环172(图4所示)在操作期间不循环的时间段。由于中断控制循环172可以中断飞行控制，因此处理器140的快速重启是有益的。

在该示范的实施例中，复制212由处理器140利用读/写命令控制。在替换实施例中，独立于处理器140，复制212由例如DMA引擎162(图3所示)控制。独立于处理器140的控制复制212便于减少处理器140的负担以及降低可执行程序传送时间。

这里描述的是用于快速重启飞行控制系统的示范的方法和系统。更准确地说，可以使用这里描述的方法来在软件错误/故障的情况下存储并访问来自于RAM的扇区的可执行程序。

这里描述的系统和方法便于有效且经济地操作飞行控制系统。便于处理器重启时间的减少可以便于减少软件错误对航空器操作的影响。这里描述的方法和系统的技术效果包括便于减少飞行控制系统处理器的重启时间。

尽管参考航空器和飞行控制系统来描述和/或图示这里描述和/或图示的系统和方法，但是这里描述和/或图示的系统和方法的实践不限于航空器或飞行控制系统。相反，这里描述和/或图示的系统和方法可应用于期望连续操作的任何装备或机动车。

这里详细地描述和/或图示了系统和方法的示范的实施例。系统和方法不局限于这里描述的具体的实施例，而是相反，可以与这里描述的其它元件和步骤独立且分开地使用各个系统的组件以及各个方法的步骤。各个组件以及各个方法步骤还可以与其它组件和/或方法步骤结合使用。

这里所用的术语处理器是指中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路以及任何其它能够执行这里描述的功能的电路或处理器。

此处书写的说明书使用示例来公开本发明，包括具体实施方式，并且还使得本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求书定义，并且可以包括被本领域技术人员想到的其它例子。这样的其它例子意欲落入本权利要求书的范围之内，如果它们具有与本权利要求书并无文字表达差别的构造单元，或者如果它们包括与本权利要求书的文字表达无实质差别的等效构造单元的话。

Claims

1.一种飞行控制系统(100)，包括：

至少一个传感器(112)，被配置为收集数据；

飞行控制器(110)，耦合到所述至少一个传感器，所述飞行控制器包括：

随机存取存储器RAM设备(144)，被配置为将至少一个可执行程序存储在所述RAM设备的一个连续存储体的第一RAM扇区和第二RAM扇区中；以及

处理器(140)，被配置为执行来自于该第一RAM扇区的至少一个可执行程序，以处理该传感器数据并且输出操作指令，所述处理器进一步配置为在处理器重置期间控制所述至少一个可执行程序从所述第二RAM扇区到所述第一RAM扇区的传送，并利用传送到所述第一RAM扇区的所述可执行程序重新初始化以消除处理器故障/错误；以及

至少一个致动器(116)，耦合到所述飞行控制器，所述致动器被配置为接收并执行该操作指令。

2.根据权利要求1所述的飞行控制系统(100)，其中，所述至少一个传感器(112)还包括被配置为接收由该飞行控制系统的操作员提供的输入的输入设备(114)。

3.根据权利要求1所述的飞行控制系统(100)，还包括输入设备(114)，其中，所述至少一个传感器(112)、所述输入设备(114)、所述飞行控制器(110)和所述至少一个致动器(116)通过存储器总线(146)耦合。

4.根据权利要求1所述的飞行控制系统(100)，还包括被配置为存储该至少一个可执行程序的只读存储器ROM设备(142)。

5.根据权利要求4所述的飞行控制系统(100)，其中所述处理器(140)还被配置为：

在预定时间，控制该至少一个可执行程序从该ROM设备(142)到该RAM设备(144)的传送，以及

在处理器故障/错误之后，控制该至少一个可执行程序从第二RAM扇区到第一RAM扇区的传送。

6.根据权利要求5所述的飞行控制系统(100)，其中所述预定时间是在所述飞行控制器(110)的启动时。

7.根据权利要求4所述的飞行控制系统(100)，其中，所述飞行控制器(110)还包括直接存储器存取DMA引擎(162)，该引擎被配置为：

在所述飞行控制器(110)的启动时，控制该至少一个可执行程序从该ROM设备(142)到该RAM设备(144)的传送，以及

8.一种飞行控制器(110)，包括：

随机存取存储器RAM设备(144)，包括所述RAM设备的一个连续存储体中的第一RAM扇区和第二RAM扇区，其中至少一个可执行程序的第一副本被存储在第一RAM扇区中，以及该至少一个可执行程序的第二副本被存储在第二RAM扇区中；以及

处理器(140)，被配置为执行来自于该第一RAM扇区的至少一个可执行程序；所述处理器进一步配置为在处理器重置期间控制所述至少一个可执行程序从所述第二RAM扇区到所述第一RAM扇区的传送，并利用传送到所述第一RAM扇区的所述可执行程序重新初始化以消除处理器故障/错误。

9.根据权利要求8所述的飞行控制器(110)，还包括只读存储器ROM设备(142)，被配置为存储该至少一个可执行程序。