Отличие бортовых цифровых вычислительных систем от комерческих

Производство бортовой управляющей вычислительной техники во всем мире сейчас находятся в рамках жесткой конкуренции. Требуются все более мощная и дешевая элементная база в то же время отвечающая всем требованиям по надежности, живучести и взаимозаменяемости.

Желание снизить издержки связанные с производством и снизить себестоимость приводят к необходимости использования в БЦВМ стандартизованного оборудования соответствующего современным коммерческим стандартам общего применения.

Однако, несмотря на это, все еще остается небольшая часть уникального специализированного и дорогостоящего оборудования, но наблюдается тенденции к его вытеснению.

Так как элементная база по возможности используется стандартная, то применяются следующие способы ее оптимизации для применения в БЦВМ:

1. Корпус. Для защиты ЭВМ используют специализированные корпуса, с надежным закреплением оборудования и амортизацией. Часто корпуса делают герметичные, с замкнутой системой охлаждения для защиты от пыли, влаги и других негативных воздействий. Кроме системы охлаждения зачастую применяют системы подогрева, позволяющие функционировать аппаратуре при низких температурах. Особенно актуально это для систем отображения информации на базе жидких кристаллов, так как при отрицательных температурах резко изменяется физика поведения жидких кристаллов. В результате могут изменяться оттенки цвета или увеличиться время отклика (время затрачиваемое на изменение пространственной ориентации молекул жидкого кристалла) и так далее.

2. Формат фактор. Все элементы БЦВС делают и располагают, так чтобы было надежное закрепление плат между собой. Каждая плата прикрепляется на специальные фиксирующие элементы и фиксируется несколькими винтам, что исключает нарушение контакта при эксплуатации. Также все разъемы имеют усиленные соединения и контакты с фиксирующими элементами, что позволяет избежать отстыковки при тряске и перегрузки. Кабели делают надежно экранированными, помещают в защитные кожухи и жестко закрепляют.

3. Защита внутренних элементов БЦВМ. Для того, чтобы защитить от влаги и инея элементы ЭВМ и контакты их поверхеность покрывают несколькими слоями лака (обычно не менее трех слоев) предотвращающего непосредственный контакт поверхности элементов с внешней средой, а так же все крепежные элементы покрываются краской, чтобы избежать случайного отсоединения.

4. Элементная база. Так как функционировать БЦВМ придется в агрессивной внешней среде, то используют элементную базу в надежных керамических корпусах, способных выдерживать большие перепады температуры и негативное воздействие окружающей среды. Стандартные пластиковые корпуса коммерческой элементной базы при больших перепадах температуры могут растрескиваться, что приведет к выходу из строя вычислительных средств. Так же использование большего тех. процесса производства, меньшей тактовой частоты, экранированных линий связи и т.д. позволяет значительно поднять надежность работы вычислительной системы.

5. Резервирование. Для повышения надежности работы БЦВС применяются различные способы резервирования.

6. Параметры работы. Выбор элементов с номинальными параметрами работы (частота, напряжение, температура и т.д.) выше, чем предполагают режимы эксплуатации в реальных изделиях, позволяют повысить надежность работы вычислительной системы. Обычно используют элементы с двукратным запасом по рабочим параметрам.

Для проверки пригодности аппаратуры БЦВС после сборки и загрузки подвергается ряду тестов:

1. Тряска. БЦВС помещается на специальное устройств, где жестко закрепляется и подергается перегрузкам, соответствующим тактико-техническим характеристикам изделия, в котором будет функционировать. После данного теста не должно возникнуть сбоев в работе.

2. Тест на холод и жару. БЦВС вначале отдельно помещается в специальное устройство позволяющее нагревать и охлаждать окружающую среду, а затем в составе изделия помещается в тепловую и охлаждающие камеры. БЦВС должна бесперебойно работать в диапазоне температур, указанных в техническом задании.

3. Проверка на отказоустойчивость. Проверка должна подтвердить безотказность работы аппаратуры и алгоритмов на длительном этапе времени. Для проверки на отказоустойчивость протоколируют все возникающие отказы за время проведения испытаний опытных образцов и проводят суточные прогоны. Количество отказов не должно превышать заданного в техническом задании на разработку изделия.

4. Проверка на ремонтопригодность. В случае отказа должно обеспечиваться восстановление работоспособности вычислительной системы в полевых условиях в заданный период времени, зависящий от конкретных особенностей применения изделий. Обычно время восстановления описывается в техническом задании на разработку изделий.

5. Проверка на пыле и влагозащищенность. Функционирования бортовых вычислительных систем подразумевает использование их в агрессивной внешней среде. В том числе, с повышенной влажностью и запыленностью. Испытание на устойчивость к пыле и влаге производят либо в специализированных камерах, либо в естественных условиях, при состоянии окружающей среды максимально приближенным к наихудшим условиям эксплуатации оборудования. Если испытания проводятся в специализированных камерах, то при проверке на влагозащищенность изделие полевеют под определенным углом струями воды с заданной интенсивностью. После нескольких часов воздействия на изделие аппаратура должна оставаться работоспособной. При проверке на пылезащищенность специализированные установки распыляют пылевые частицы мелкой фракции. По окончанию проверки замеряется количество пыли попавшей в оборудование и проверяется работоспособность вычислительной системы.

6. Проверка на защищенность от инея. При резких перепадах температуры на поверхности элементов вычислительных систем образуется иней. Если в вычислительной системе есть незащищенные контакты или участки микросхем, то наличие инея на данных участках может привести к выходу из строя вычислительной системы. Так же, при работе вычислительной системы температура повышается, иней тает и образуются капли воды, стекающие по аппаратуре. Это так же может привести к выходу из строя всей вычислительной системы. Проверка на защищенность от инея проводится либо в специализированных камерах, либо в естественных условиях, при которых происходит образования инея.

7. Проверка на защищенность от морского тумана. Морской туман оказывает одно из наиболее агрессивных воздействий на аппаратуру и приводит к ускоренной коррозии металла, что может привести к механическим повреждениям вычислительной аппаратуры. Проверка обычно производится в специальных камерах, в которых воссоздается окружающая среда, по химическому составу соответствующая морскому туману.

8. Тесты по защите от электромагнитного излучения. Электронная аппаратура крайне уязвима к электромагнитному излучению. По этому, часто при составлении технического задания заказчики требуют повышенную защиту от электромагнитного излучения, особенно если вычислительная система будет применяться в военной технике. Проверку проводят путем теоретических расчетов уязвимости вычислительной техники. В случае повышенных требований к электромагнитной защите, в непосредственной близости от изделия помещают источник электромагнитного излучения и проверяют работоспособность аппаратуры при воздействии на нее электромагнитного излучения.

При этом принцип устройства и функционирования самих электронных элементов (процессор, память и т.д.) используемых в бортовых вычислительных системах не имеет принципиальных отличий от коммерческих электронных элементов.