显示系统中图形处理器的适航符合性方法

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1、d险航空标准化与质量2017年第4期显示系统中图形处理器的适航符合性方若阚进(中国航空无线电电子研究所，上海200241)【摘要】研究了显示系统中图形处理器(GPU)承担的功能特性，分析了适航审定面I临的问题，提出了恰当的设计保证措施，以确保系统不会产生危害性误导性信息，满足适航性要求。【关键词】商用货架产品；图形处理芯片；显示系统；设计保证；适航审定【中图分类号】V243【文献标识码】C【文章编号】1003．6660(2017)04．0034．04【DOI编码】10．13237／j．cnki．asq

2、．2017．04．009商用货架产品(COTS)图形处理器(GPU)当前已在C919等机型的显示系统中获得采用，然而它不具备令人信服的航空或安全关键领域的历史服役数据，这为适航审定带来了挑战。GPU最初是为非航空领域的图形密集型应用设计，如视频游戏和计算机制图。新一代的GPU设备能够提供的功能和兼容性显著增加，机载显示系统充分利用这一成果，将以前在主系统处理器上运行软件实现的功能转换为由这类高速硬件设备实现。这主要是由于GPU特殊的硬件架构突出了对CPU的优势：拥有高带宽的独立显存；浮点运算性能高：几

3、何处理能力强；适合处理并行计算任务；适合进行重复计算；适合图像或视频处理任务；能够大幅度降低系统成本。当COTSGPU承担重要任务其失效影响会到显示系统安全性时，申请人必须向审定方证明其安全性并保持适航性。本文提出恰当的保证措施以解决该问题。1显示系统中GPU的功能特性显示系统以机载总线或网络为桥梁与机载其他系统交联‘11，接受各个航空电子系统的数据、参数以及状态信息，完成视频、图像等处理，以数据、字符、图形、图像等方【收稿日期]2017—07—06式通过机载电子显示器呈现给驾驶员，提供飞行指引、态势

4、感知、系统保障与维护等功能，同时驾驶员能通过控制仪表版对各子系统完成控制输入。随着技术的革新，显示系统传统的图形信号处理机加终端显示器的架构，转变为以集成两者功能的智能显示器为主的物理构成。图l展示了显示系统数据处理的简图。GPU是人机交互的核心部件之一，接受来自CPU的显示指令进行渲染和加速处理。GPU重要功能之一是生成显示符号，符号(包括直线、圆、曲线、刻度、磅值、字母、数字、表格、地图)是由微小的直线或向量所构成的【2】。如果CPU想画一个二维图形，只需要发一条指令给GPU，例如“以坐标位置(工

5、，，Y，)为起点处画一条长度为，，相对X图1显示系统数据处理简图轴的角为0的向量”，GPU就可以迅速计算出该图形的矢量终点坐标(x：，Y2)，并在显示器上指定位置画出相应的图形，画完后通知CPU，然后等待CPU发出下一条图形指令。GPU符号产生及显示过程见图2t21。到2符号产生及显示过程GPU在向量计算方面能够获得[=LCPU高出10倍的计算效率‘31，而且其可编程性和强大的处理能力，使其可用于快速地实现各种数字信号处理算法，成为目前图像处理系统的最佳选择。2GPU面临适航审定时必须考虑的因素为航空

6、项目选择合适的GPU时，要考虑的重要因素不仅仅是GPU满足或超出所需性能以及运行环境的要求，还包括元器件缺件管理解决方案，GPU供应商的设计支持以及支撑软件的可用性，特别地，需要满足适航当局严苛的审定要求。因为存在潜在的设计错误，在机载显示系统中使用GPU可能会影响安全性运行，同时还存在以下适航方面的问题：典型GPU使用多个异步运行的嵌入式微处理器，单个GPU可能包含百万数量级的晶体管，因此GPU不能被认为是简单设备；COTSGPU不会遵照RTCADO一254《机载电子硬件的设计保证指导》或国际认证机

7、构认可的其他设计保证标准的指导进行研制；依靠验证活动或者逆向工程使这些芯片符合RTCADO．254不具备可操作性；这类芯片生命周期很短，使用服役历史来证明适航性技术研究GPU没有设计错误是很困难的。3显示系统中GPU的适航符合性方法COTSGPU原本为非航空、非安全一关键市场研发，适航取证申请人想要获取足够必要的文档数据证明GPU的研制符合I盯CADO．254第5章要求的电子硬件研制流程是不现实的。本文通过研究国内外的最佳实践，推荐一些可行的适航符合性方法。3．1RTCADO一254对COTS的通用指

8、导RTCADO．254第11．2和11．3章包含了一些信息，指导在航电系统中如何选择特殊的COTS，以及从产品服役历史中如何尽可能地获取审定置信度。RTCAD0—254对特殊COTS的要求总结如下：明确电子元器件管理准则：当选用一款GPU时，应考虑供应商追踪记录、质量控制、器件可靠性，以及分析芯片功能的适宜性；策划如何解决以下问题：缺少GPU研制保证数据、批次间不同的芯片性能参数差异、以及取证后持续适航阶段的重新设计或者供应商停止生产；收集产品服役经验：