重啟飛行控制系統的方法和系統的製作方法
2023-05-28 02:42:06 1
專利名稱：重啟飛行控制系統的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明的領域總體上涉及飛行控制系統，更具體地，涉及用於在飛行控制系統出
錯或故障之後快速恢復的方法和體系。
背景技術：
至少一些巳知的航空器包括包含數字計算機的控制系統。飛行控制系統從傳感器 與/和飛行員接收輸入，並且作為響應，向航空器的飛行控制組件提供控制信號。包括在一 些巳知航空器中的飛行控制系統的例子是電傳操縱(fly-by wire)系統。在包括電傳操縱 系統的航空器中，飛行員對駕駛艙內的操縱裝置(control)的移動不通過機械耦合(例如 液壓或電纜)被傳送到航空器的相應飛行操縱面。而是相反，飛行員對駕駛艙內的操縱裝 置的移動被傳感器轉換成電子信號，該電子信號被傳送到飛行控制系統計算機。飛行控制 系統計算機為耦合到航空器的飛行操縱面的致動器提供操作指令。電傳操縱系統通常還包 括為飛行控制系統計算機提供數據的傳感器，該數據與飛行員輸入相結合來確定飛行操縱 面(例如電子穩定系統)的操作。 飛行控制系統還可以被包括在無人駕駛飛行器中。無人駕駛航空中的飛行控制系 統例如從遙遠位置或從預先編程的飛行平面接收電子信號，並且將那些電子信號與來自於 傳感器的信息相結合以確定飛行操縱面的操作。 計算機的連續操作和/或從計算機誤差或故障的快速恢復促進了飛行控制對計 算機的依賴。
發明內容
在一個方面，描述一種用於飛行控制系統的快速重啟的方法，其中該飛行控制系 統包括處理器。該方法包括將至少一個可執行程序存儲在存儲器設備上，並且在預定時間 將該至少一個可執行程序複製到RAM(隨機存取存儲器)存儲器設備的第一隨機存取存儲 器(RAM)扇區和第二RAM扇區。該方法還包括一旦重啟該處理器就將該至少一個可執行程 序從第二 RAM扇區複製到第一 RAM扇區，以及通過執行從第二 RAM扇區複製到第一 RAM扇 區的該至少一個可執行程序來重新初始化處理機操作。 在另一個方面，描述了一種飛行控制系統。該飛行控制系統包括被配置為收集數 據的至少一個傳感器/輸入設備和耦合到該至少一個傳感器/輸入設備的飛行控制器。該 飛行控制器包括被配置為將至少一個可執行程序存儲在第一 RAM扇區和第二 RAM扇區的隨 機存取存儲器(RAM)設備以及被配置為執行來自於該第一RAM扇區的至少一個可執行程序 以處理該傳感器/輸入設備數據以及輸出操作指令的處理器。該飛行控制系統還包括耦合 到該飛行控制器的至少一個致動器。該致動器被配置為接收並且執行該操作指令。
在另一個方面，描述了一種飛行控制器。該飛行控制器包括隨機存取存儲器(RAM) 設備，其包括第一 RAM扇區和第二 RAM扇區，其中至少一個可執行程序的第一副本被存儲在 第一 RAM扇區中以及該至少一個可執行程序的第二副本被存儲在第二 RAM扇區中。該飛行控制器還包括處理器，其被配置為執行來自於該第一 RAM扇區的至少一個可執行程序。
圖1是示範的飛行控制系統的框圖。 圖2是飛行控制器的示範的實施例的框圖。 圖3是圖2所示的飛行控制器的替換實施例。 圖4是飛行控制系統的操作的示範的時序圖。 圖5是用於快速重啟飛行控制系統的示範的方法的流程圖。
具體實施例方式
以下詳細描述以示例方式而非限制性方式闡明了本發明的實施例。預期，本發明 具有快速重啟裝備控制系統的一般應用，其減少工業、商業和住宅應用中的裝備操作的中 斷。 這裡所用的以單數記載以及用字"一"或"一個"進行的元件或步驟應該被理解為 不排除複數元件或步驟，除非明確指出。此外，本發明的"一個實施例"的提及不意欲被理 解為排除還合併這裡記載的特徵的另外的實施例的存在。 圖1是示範的飛行控制系統100的框圖。在該示範的實施例中，飛行控制系統100 包括飛行控制器110、傳感器112、輸入/輸出(I/O)設備114和致動器116。傳感器112為 飛行控制器110提供數據，例如當前飛行信息、航空器信息和有關天氣的信息。飛行控制器 IIO接收並處理該數據，使得飛行控制指令被提供給1/0設備114和致動器116，其中根據 飛行控制指令採取行動。儘管圖示為包括單個傳感器112、單個I/O設備114和單個致動器 116，但是系統100可以包括任意數目的傳感器、I/0設備和致動器，使得系統100如這裡所 述地運行。 在具體的實施例中，當操作員移動耦合到傳感器112的輸入設備(圖1未示出) 時，傳感器112將操作員輸入傳送到飛行控制器110。例如，操作員對飛行操縱杆的移動 (圖1未示出)由傳感器112接收到並且被傳送到飛行控制器110。控制器110確定與操 作員輸入對應的航空器的飛行操縱面(圖1未示出)的操作。控制器iio還可以將操作員 輸入與被預編程的對應於所選擇的操作員輸入的任何其它傳感器輸入(例如，有關天氣的 輸入、海拔輸入和/或航空器速度輸入)結合。在其它實施例中，控制器iio不接收操作員 輸入，而是基於例如預先編程的飛行計劃和來自傳感器112的輸入來確定航空器的飛行操 縱面的操作。致動器116根據飛行控制器110指令移動航空器的飛行操縱面。
圖2是飛行控制器110的示範的實施例的框圖。在該示範的實施例中，飛行控制 器IIO包括處理器140、只讀存儲器(ROM)設備142和隨機存取存儲器(RAM)設備144。在 該示範的實施例中，ROM存儲器設備142、 RAM存儲器設備144和處理器140由存儲器總線 146耦合。在一些例子中，ROM存儲器設備142是閃速存儲器設備，但是，ROM存儲器設備 142可以是使得飛行控制器110如這裡所述地運行的任何存儲器設備。上述存儲器類型僅 僅是示範的，因而不限制飛行控制器110內可用的存儲器類型。 ROM設備142和RAM設備144中的至少一個存儲至少一個可執行程序，以及處理 器140執行該至少一個可執行程序。在該示範的實施例中，該可執行程序包括作業系統和至少一個應用程式。作業系統控制系統100(圖1所示)的資源的配置，以及應用程式控制 例如航空器的操作。該作業系統包括用於實現該作業系統的資源分配服務的可執行代碼和 數據結構。該應用程式包括用於例如確定飛行指令的可執行代碼和數據結構。在某些實施 例中，該作業系統是實時作業系統(RT0S)。 RTOS便於確定的行為，其中預期在事件發生後 的預定時段內發生對該事件的響應。RTOS可以被存儲在ROM存儲器設備142和/或RAM存 儲器設備144上，並且可通過存儲器總線146訪問處理器140。 RAM存儲器設備144包括RAM的一個連續存儲體。RAM的該一個連續存儲體包括 低的地址空間上的第一扇區，其中可執行程序被複製到該第一扇區，並且從該第一扇區中 執行可執行程序。RAM的第一扇區在這裡被稱為低RAM 150。 RAM的該一個連續存儲體還 包括高的地址空間上的第二扇區，其中程序以暫時狀態放置在該第二扇區中。RAM的第二 扇區在這裡被稱為高RAM 154。將程序從ROM設備142或目標主系統(圖2未示出)複製 到高RAM 154和低RAM 150。在發生事件和/或故障時，將程序從高RAM 154複製到低RAM 150，並且從低RAM 150執行。在該示範的實施例中，處理器140控制ROM設備142、低RAM 150和高RAM 154之間的讀/寫操作。 圖3是飛行控制器110的替換實施例。共用於飛行控制器IIO(圖2所示)的示 範的實施例和飛行控制器IIO(圖3所示)的替換實施例之間的組件用相同的附圖標記標 識。在該替換實施例中，飛行控制器110包括直接存儲器存取(DMA)引擎162。獨立於處理 器140， DMA引擎162執行ROM設備142、低RAM 150和高RAM 154之間的讀/寫操作。DMA 引擎162便於存儲器設備142和144之間快速的數據傳送，卸下了這些數據傳送任務對處 理器140的負擔。 圖4是飛行控制器110的操作的示範的時序圖170。時序圖170示出了重複的飛 行控制器110操作的控制循環172，以連續地確定保持航空器的操作的操作指令。飛行控 制器110操作包括獲得180輸入、處理182該輸入、以及發送184輸出。在該示範的實施例 中，飛行控制器110從例如傳感器112(圖1所示)獲得180輸入，並且將輸出發送184到 例如I/O設備114(圖1所示)，I/O設備114反過來影響致動器116(圖1所示)的操作。 控制循環172的長度在這裡被稱為計算幀186。計算幀186取決於飛行控制需求。例如，大 的客機可能不需要如戰鬥機那樣常常保持飛行控制信號的穩定性。在一些實施例中，例如 戰鬥機中，可以在小於一毫秒(ms)內執行操作180、182和184。在一些實施例中，例如，客 機中，計算幀186的長度可以從一個ms到五百個ms，但是這些計算幀186僅僅作為例子給 出，並且不意味著限制。 控制循環172中的任何中斷可以中斷飛行控制系統100的操作。減少控制循環 172中中斷的影響便於減少對飛行控制系統100的操作的中斷。例如，軟體錯誤可以中斷處 理器140的操作，因此中斷控制循環172。軟體錯誤可以是例如運行在處理器140上的可執 行程序中的除零錯誤、數據存取異常或指令存取異常之類的事件。軟體錯誤可以是中斷處 理器140的操作因此中斷控制循環172的任何事件。處理器140的重啟通常通過消除軟體 錯誤來將處理器140返回到正常操作。但是，在處理器重置期間，控制循環172被中斷。計 算幀186的長度越短，錯誤事件對飛行控制器110的影響越大，因為當處理器140返回到正 常操作時，經過控制循環172的更多的幀186。 圖5是用於快速重啟飛行控制系統(例如飛行控制系統100(圖l所示))的示範
5的方法的流程圖200。該示範的方法包括將可執行程序存儲210在例如ROM設備142 (圖2 所示)中。該可執行程序包括程序文本和只讀數據。更準確地說，在該示範的實施例中，該 可執行程序包括作業系統代碼和應用程式代碼。該方法還包括在飛行控制器IIO(圖1所 示)的啟動期間複製212該可執行程序。在飛行控制器啟動期間複製212可執行程序包括 將存儲在ROM設備142中的可執行程序複製到低RAM和高RAM。例如，將可執行程序複製 到RAM存儲器設備144 (圖2所示)的低RAM 150以及複製到RAM存儲器設備144 (圖2所 示)的高RAM 154。 —旦複製212到低RAM和高RAM,處理器就執行214來自於低RAM150的可執行程 序。如上所述，可以通過重啟處理器140來解決例如軟體錯誤或故障的事件。重啟處理器 140包括重新初始化可執行程序以消除處理器錯誤或故障。該示範的方法包括將可執行程 序從高RAM154複製到低RAM 150，並且利用傳送到低RAM 150的可執行程序重新初始化 218處理器140。利用複製的可執行程序重新初始化218處理器140便於利用原始可執行 程序重啟處理器140，擺脫了可能在處理器錯誤或故障之前的執行期間已經進入了可執行 程序的錯誤。 在一些實施例中，當在軟體錯誤/故障發生之後重啟處理器140時，不需要處理器 140的完全重啟，以及可以除去重啟進程中的某些步驟。例如，如果不需要克服軟體錯誤/ 故障，則可以跳過存儲器管理單元(匪U)的設置。可執行程序在高RAM 154和低RAM 150 之間的快速傳送便於減少處理器140的重啟時間。此外，減少的重啟時間便於減少對處理 器140 (圖2所示)操作的中斷，這可以減少控制循環172 (圖4所示)在操作期間不循環 的時間段。由於中斷控制循環172可以中斷飛行控制，因此處理器140的快速重啟是有益 的。 在該示範的實施例中，複製212由處理器140利用讀/寫命令控制。在替換實施
例中，獨立於處理器140，複製212由例如DMA引擎162 (圖3所示)控制。獨立於處理器
140的控制複製212便於減少處理器140的負擔以及降低可執行程序傳送時間。 這裡描述的是用於快速重啟飛行控制系統的示範的方法和系統。更準確地說，可
以使用這裡描述的方法來在軟體錯誤/故障的情況下存儲並訪問來自於RAM的扇區的可執
行程序。 這裡描述的系統和方法便於有效且經濟地操作飛行控制系統。便於處理器重啟時 間的減少可以便於減少軟體錯誤對航空器操作的影響。這裡描述的方法和系統的技術效果 包括便於減少飛行控制系統處理器的重啟時間。 儘管參考航空器和飛行控制系統來描述和/或圖示這裡描述和/或圖示的系統和
方法，但是這裡描述和/或圖示的系統和方法的實踐不限於航空器或飛行控制系統。相反，
這裡描述和/或圖示的系統和方法可應用於期望連續操作的任何裝備或機動車。 這裡詳細地描述和/或圖示了系統和方法的示範的實施例。系統和方法不局限於
這裡描述的具體的實施例，而是相反，可以與這裡描述的其它元件和步驟獨立且分開地使
用各個系統的組件以及各個方法的步驟。各個組件以及各個方法步驟還可以與其它組件和
/或方法步驟結合使用。 這裡所用的術語處理器是指中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集電路 (RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路以及任何其它能夠執行這裡描述的功能的電路或
6處理器。 此處書寫的說明書使用示例來公開本發明，包括具體實施方式
，並且還使得本領 域技術人員能夠實踐本發明，包括製造和使用任何設備或系統以及執行任何合併的方法。 本發明的可取得專利權的範圍由權利要求書定義，並且可以包括被本領域技術人員想到的 其它例子。這樣的其它例子意欲落入本權利要求書的範圍之內，如果它們具有與本權利要 求書並無文字表達差別的構造單元，或者如果它們包括與本權利要求書的文字表達無實質 差別的等效構造單元的話。
權利要求
一種飛行控制系統(100)，包括至少一個傳感器(112)，被配置為收集數據；飛行控制器(110)，耦合到所述至少一個傳感器，所述飛行控制器包括隨機存取存儲器(RAM)設備(144)，被配置為將至少一個可執行程序存儲在所述RAM設備的第一RAM扇區和第二RAM扇區中；以及處理器(140)，被配置為執行來自於該第一RAM扇區的至少一個可執行程序，以處理該傳感器數據並且輸出操作指令；以及至少一個致動器(116)，耦合到所述飛行控制器，所述致動器被配置為接收並執行該操作指令。
2. 根據權利要求l所述的飛行控制系統(IOO)，其中，所述至少一個傳感器(112)還包 括被配置為接收由該飛行控制系統的操作員提供的輸入的輸入設備(114)。
3. 根據權利要求l所述的飛行控制系統(100)，其中，所述至少一個傳感器/輸入設備 (114)、所述飛行控制器(110)和所述至少一個致動器(116)通過存儲器總線(146)耦合。
4. 根據權利要求1所述的飛行控制系統(IOO)，還包括被配置為存儲該至少一個可執 行程序的只讀存儲器(ROM)設備(142)。
5. 根據權利要求4所述的飛行控制系統(IOO)，其中所述處理器(140)還被配置為 在預定時間，控制該至少一個可執行程序從該ROM設備(142)到該RAM設備(144)的傳送，以及在處理器故障/錯誤之後，控制該至少一個可執行程序從第二 RAM扇區到第一 RAM扇 區的傳送。
6. 根據權利要求5所述的飛行控制系統(IOO)，其中所述預定時間是在所述飛行控制 器(110)的啟動時。
7. 根據權利要求1所述的飛行控制系統(IOO)，其中，所述飛行控制器(110)還包括直 接存儲器存取(DMA)引擎(162)，該引擎被配置為在所述飛行控制器(110)的啟動時，控制該至少一個可執行程序從該ROM設備(142) 到該RAM設備(144)的傳送，以及在處理器故障/錯誤之後，控制該至少一個可執行程序從第二 RAM扇區到第一 RAM扇 區的傳送。
8. —種飛行控制器(110)，包括隨機存取存儲器(RAM)設備(144)，包括第一RAM扇區和第二RAM扇區，其中至少一個 可執行程序的第一副本被存儲在第一RAM扇區中，以及該至少一個可執行程序的第二副本 被存儲在第二RAM扇區中；以及處理器(140)，被配置為執行來自於該第一RAM扇區的至少一個可執行程序。
9. 根據權利要求8所述的飛行控制器(IIO)，其中所述處理器(140)還被配置為，在處 理器故障/錯誤後，控制該至少一個可執行程序從第二 RAM扇區到第一 RAM扇區的傳送。
10. 根據權利要求8所述的飛行控制器(IIO)，還包括只讀存儲器(ROM)設備(142)，被 配置為存儲該至少一個可執行程序。
全文摘要
重啟飛行控制系統的方法和系統。提供了一種飛行控制系統(100)。該飛行控制系統包括至少一個傳感器(112)，被配置為收集數據；飛行控制器(110)，耦合到所述至少一個傳感器。所述飛行控制器(110)包括隨機存取存儲器(RAM)設備(144)，被配置為將至少一個可執行程序存儲在所述RAM設備的第一RAM扇區和第二RAM扇區中；和處理器(140)，被配置為執行來自於該第一RAM扇區的該至少一個可執行程序，以處理該傳感器數據並且輸出操作指令；和至少一個致動器(116)，耦合到所述飛行控制器，所述致動器被配置為接收並執行該操作指令。
文檔編號G05B19/04GK101713970SQ20091017877
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月30日 優先權日2008年9月30日
發明者D·B·皮爾斯, J·詹森 申請人:通用電氣公司