ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПЛЕКС ОБРАБОТКИ ДАННЫХ С ВЗАИМОДОПОЛНЯЮЩИМИ РЕСУРСАМИ Российский патент 2016 года по МПК G06F1/18 H05K7/00 

Настоящее изобретение относится к электронному комплексу обработки данных с взаимодополняющими ресурсами.

Известны установки, содержащие множество элементов оборудования, каждый из которых для обеспечения своей работы должен быть связан с модулем обработки данных. Каждый модуль обработки данных содержит: блок обработки, такой как процессор, запоминающее устройство, блок электрического питания, блок запуска, блок ввода/вывода и последовательный интерфейс соединения с интерфейсом соединения одного или нескольких других модулей.

Такая архитектура является громоздкой, сложной и в своей совокупности дорогой.

Кроме того, два первых недостатка особенно сказываются при использовании на транспортном средстве, в частности, в области авиации.

Задачей изобретения является устранение, по меньшей мере, части вышеупомянутых недостатков.

Для этого объектом изобретения является электронный комплекс обработки данных, содержащий центральный модуль и периферические модули, связанные с центральным модулем через электрические линии питания и передачи данных, при этом модули содержат: блок обработки, запоминающее устройство, блок ввода/вывода и изоляцию силовых линий и линий передачи данных; при этом центральный модуль дополнительно содержит блок электрического питания периферических модулей, общий блок запуска модулей и интерфейс связи типа «звезды» с периферическими модулями; при этом каждый периферический модуль дополнительно содержит последовательный интерфейс соединения с интерфейсом связи центрального модуля.

Эта архитектура позволяет объединить часть ресурсов, в частности, тех, которые относятся к электрическому питанию и запуску модулей, а также к установлению между ними связи. Это позволяет избежать использования большого количества соответствующих компонентов. Кроме того, центральный модуль может быть выполнен с возможностью образования входной точки для всех потоков данных, упорядочения обменов, распределения их обработки и их запоминания между периферическими модулями.

Предпочтительно интерфейс связи содержит матричный коммутационный блок.

Матричный коммутационный блок, часто называемый "switch fabric", обеспечивает лучшее управление обменами данных.

Согласно частному варианту выполнения, модули установлены на опорной конструкции, содержащей разделенное на отсеки дно, в котором находятся электрические соединения периферических модулей с центральным модулем.

Упорядоченное объединение модулей облегчает, в частности, операции технического обслуживания и способствует взаимодополняемости компонентов.

Предпочтительно интерфейс связи и блок питания центрального модуля расположены в разделенном на отсеки дне.

Это позволяет оптимизировать имеющееся в наличии пространство.

Согласно частному отличительному признаку, по меньшей мере, один из модулей заключен в корпус, ограничивающий, по меньшей мере, один воздушный канал между двумя противоположными сторонами корпуса.

Воздух, проходящий через этот воздушный канал, обеспечивает конвекционное охлаждение модуля.

Предпочтительно воздушный канал выполнен между задней стороной и передней стороной корпуса, при этом канал содержит, по меньшей мере, одно отверстие, выходящее на заднюю сторону корпуса и сообщающееся с вентиляционным блоком, установленным в разделенном на отсеки дне и связанным с центральным модулем, обеспечивающим его управление.

Вентиляция создает принудительную конвекцию, которая улучшает охлаждение модуля.

Предпочтительно корпус содержит теплопроводящую рамку, окружающую модуль и связанную за счет теплопроводности, по меньшей мере, с одним рассеивающим элементом, расположенным в воздушном канале.

Охлаждение модуля улучшается за счет того, что рамка улавливает калории, излучаемые модулем, и переносит их за счет теплопроводности в воздушный канал через рассеивающий элемент, который представляет собой, например, тепловой дренаж, теплопровод, радиатор….

Согласно дополнительному отличительному признаку, по меньшей мере, один из модулей заключен в корпус из композитного материала.

Такой корпус обладает высокой диэлектрической стойкостью, способствующей электрической изоляции модуля.

Предпочтительно блок питания выполнен с возможностью выдачи, по меньшей мере, переменного тока высокой частоты, и каждый периферический модуль содержит блок преобразования тока.

Таким образом, улучшается стойкость по отношению к молнии, что является определяющим при использовании в летательном аппарате.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания частного не ограничительного варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - частичный схематичный вид сверху с вырезом комплекса в соответствии с изобретением;

фиг.2 - схематичный вид этого комплекса в разрезе по линии II-II фиг.1;

фиг.3 - схематичный вид этого комплекса в разрезе по линии III-III фиг.1.

Как показано на фигурах, электронный комплекс обработки данных в соответствии с изобретением, обозначенный общей позицией 1, содержит центральный модуль, обозначенный общей позицией 30, и периферические модули, каждый из которых обозначен общей позицией 60, соединенные с центральным модулем 30 через электрические линии соединения.

Центральный модуль 30 содержит блок 31 обработки, такой как процессор, запоминающее устройство 32, в частности оперативное запоминающее устройство типа RAM и постоянное запоминающее устройство типа ROM, и блок ввода/вывода 33. Центральный модуль 30 является компьютерным модулем, процессор которого выполнен с возможностью исполнения программ, записанных в запоминающем устройстве 32, причем эти программы содержат операционную систему и приложения. В данном случае операционная система выполнена известным образом с возможностью управления исполнением приложения несколькими процессорами и записью и считыванием данных на нескольких запоминающих устройствах. Кроме того, операционная система обеспечивает управление данными, поступающими из блока ввода/вывода 33, который связан, например, с датчиками, с периферийными средствами ввода данных, такими как клавиатура, устройство курсора, с периферийными средствами вывода, такими как экран, принтер… Кроме того, блок ввода/вывода 33 соединен с интерфейсом 34 связи типа «звезда» с периферическими модулями 60. Интерфейс 34 связи содержит матричный коммутационный блок или "switch fabric".

Кроме того, центральный модуль 30 содержит блок 35 электрического питания центрального модуля 30 и периферических модулей 60 и общий блок 36 запуска модулей 30, 60. Блок 35 питания выполнен с возможностью выдачи, по меньшей мере, переменного тока высокой частоты.

Каждый периферический модуль 60 содержит блок 61 обработки, такой как процессор, запоминающее устройство 62, в частности оперативное запоминающее устройство типа RAM и постоянное запоминающее устройство типа ROM, и блок ввода/вывода 63. Периферический модуль 60 является компьютерным модулем, процессор которого выполнен с возможностью исполнения программ, записанных в запоминающем устройстве 62, причем эти программы содержат операционную систему и приложения. В данном случае операционная система обеспечивает управление данными, поступающими из блока ввода/вывода 63, который связан, например, с датчиками, с периферийными средствами ввода данных, такими как клавиатура, устройство курсора, с периферийными средствами вывода, такими как экран, принтер… Кроме того, блок ввода/вывода 63 связан с интерфейсом 64 соединения с интерфейсом 34 связи типа «звезда». Периферические модули 60 выполнены как исполнительные модули по отношению к центральному модулю 30, который является управляющим модулем.

Каждый периферический модуль 60 содержит блок 65 преобразования тока, соединенный с блоком 35 питания. Блок 65 преобразования тока преобразует переменный ток АС высокой частоты, поступающий от блока 35 питания, в постоянный ток, предназначенный для соответствующего периферического модуля 60. Блок 65 преобразования принимает переменный ток 115 В и включает в себя цепь PFC и усиленную гальваническую изоляцию DC/AC.

Интерфейс 34 связи типа «звезда» обеспечивает дифференциальное последовательное соединение типа «точка-точка» каждого периферического модуля 60 с центральным модулем 30. Это последовательное соединение является соединением с высокой пропускной способностью. Модули 30, 60 выполнены с возможностью установления связи при помощи протокола ETHERNET, и, в частности ETHERNET/TTE ("Time Triggered Ethernet").

Электрическая цепь каждого модуля 30, 60 выполнена таким образом, что имеет собственную плавающую электрическую систему координат.

Соединения периферических модулей 60 с центральным модулем 30 являются изолированными как в части соединений, предназначенных для передачи мощности, так и соединений, предназначенных для передачи данных. Изоляция представляет собой, например, гальваническую развязку через трансформатор или оптическую развязку в соответствии с нормой ARTNC 818 для авиационных приложений, в частности, что касается соединений ETHERNET.

Каждый из модулей 30, 60 заключен в корпус 40, 70 из композитного материала. Каждый корпус 40, 70 имеет по существу периферическую форму и содержит верхнюю стенку 40.1 и нижнюю стенку 40.2 с отверстиями для обеспечения естественной конвекции в корпусе 40, 70.

Кроме того, каждый корпус 40, 70 содержит две перегородки 41.1, 41.2, 71.1, 71.2, выполненные параллельно и вблизи стенок 40.1, 40.2, 70.1, 70.2 и ограничивающие два воздушных канала 42.1, 42.2, 72.1, 72.2 между задней стенкой 40.3, 70.3 и передней стенкой 40.4, 70.4 корпуса 40, 70. Воздушные каналы 42.1, 42.2, 72.1, 72.2 выходят наружу через отверстия, выполненные в стенках 40.3, 40.4, 70.3, 70.4.

Каждый корпус 40, 70 включает в себя теплопроводящую рамку 43, 73, окружающую модуль 40, 70 с обеспечением теплопроводной связи с рассеивающими элементами, расположенными в воздушных каналах 42.1, 42.2, 72.1, 72.2. Рассеивающие элементы представляют собой теплопроводы 44, 74, каждый из которых проходит через канал 42.1, 42.2, 72.1, 72.2, стенку 40,1, 40.2, 70.1, 70.2 и перегородку 41,1, 41.2, 71.1, 71.2, ограничивающие данный канал, и, наконец, через рамку 43, 73. Теплопроводы 44, 74 выполнены в виде трубок из теплопроводящего материала, приваренных к рамке 43, 64 и обеспечивающих прохождение воздуха между наружным пространством корпуса 40, 70 и модулем 30, 60 через нижнюю сторону 40,2, 70.2 и через верхнюю сторону 40.1, 70.1 корпуса 40, 70 в зависимости от расположения теплопровода.

Модули 30, 60 смонтированы на опорной конструкции 100, содержащей разделенное на отсеки дно 110, в котором находятся электрические соединения периферических модулей 60 с центральным модулем 30. Корпуса 40, 70 модулей 30, 60 закреплены на опорной конструкции 100 таким образом, что примыкают друг к другу своими боковыми сторонами, а задние стороны 40.3, 70.3 расположены напротив разделенного на отсеки дна 110.

Интерфейс 34 связи и блок 35 питания центрального модуля 30 расположены в разделенном на отсеки дне 110.

Вентиляционный блок 120 расположен в разделенном на отсеки дне 110 и связан с управляющим им центральным модулем 30. Для этого в разделенном на отсеки дне 110 установлены температурные датчики, которые соединены с центральным модулем 30.

Разделенное на отсеки дно 110 содержит отверстия напротив задних стенок 40.3, 70.3, сообщаясь с каналами 42.1, 42.2, 72.1, 72.2 таким образом, чтобы вентиляционный блок 120 нагнетал воздух в каналы 42.1, 42.2, 72.1, 72.2. Рамка 43, 73 улавливает калории, выделяемые во время работы связанным с ней модулем. Калории проходят до теплопроводов 44, 74, после чего удаляются вместе с воздухом, циркулирующим в каналах 42.1, 42.2, 72.1, 72.2.

Таким образом, между нижней и верхней сторонами происходит естественная конвекция, а между задней и передней сторонами - принудительная конвекция.

Разумеется, средства теплового дренажа представляют особый интерес для силовых модулей и модулей, содержащих электромеханические компоненты. Тепловой дренаж рассчитан, например, таким образом, чтобы отводить 50 Вт на каждый модуль. За счет этого обеспечивается взаимодополняющая работа вентиляционных средств.

Эта архитектура и программирование модулей обеспечивают распределение вычислительных и запоминающих ресурсов на всех или на части модулей. Центральный модуль 30 выполнен с возможностью упорядоченного управления обменами и является точкой входа всех потоков загрузки, контроля и шин связи.

Разумеется изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения и охватывает любую версию, не выходящую за рамки изобретения, определенные формулой изобретения.

В частности, можно предусмотреть другие средства охлаждения и, в частности, другие рассеивающие элементы: тепловой дренаж, теплопровод, радиатор, микротурбина и др. Можно предусмотреть только естественную вентиляцию или только принудительную вентиляцию. Рамки можно исключить. Корпуса могут содержать только один канал или не содержать каналов совсем.

Корпуса можно выполнять из других материалов, они могут иметь другую форму.

Опорная конструкция может быть выполнена с возможностью установки модулей вертикально или не линейно.

Протоколы связи и соединения передачи данных могут отличаться от описанных.

Изобретение относится к электронному комплексу обработки данных с взаимодополняющими ресурсами. Техническим результатом является обеспечение архитектуры электронного комплекса обработки данных с уменьшенным количеством компонентов. Электронный комплекс обработки данных содержит центральный модуль (30) и периферические модули, связанные с центральным модулем через электрические линии питания и передачи данных, при этом модули содержат: блок (31, 61) обработки, запоминающее устройство (32, 62), блок ввода/вывода (33, 63) и изоляцию силовых линий и линий передачи данных; при этом центральный модуль дополнительно содержит блок (35) электрического питания периферических модулей, общий блок запуска модулей и интерфейс (34) связи типа «звезды» с периферическими модулями; при этом каждый периферический модуль дополнительно содержит последовательный интерфейс (64) соединения с интерфейсом связи центрального модуля. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электронный комплекс обработки данных, содержащий центральный модуль (30) и периферические модули (60), связанные с центральным модулем через электрические линии питания и передачи данных, при этом модули содержат: блок (31, 61) обработки, запоминающее устройство (32, 62), блок ввода/вывода (33, 63) и изоляцию силовых линий и линий передачи данных; при этом центральный модуль дополнительно содержит блок (35) электрического питания периферических модулей, общий блок запуска модулей и интерфейс (34) связи типа «звезда» с периферическими модулями; при этом каждый периферический модуль дополнительно содержит последовательный интерфейс (64) соединения с интерфейсом связи центрального модуля.

2. Комплекс по п. 1, в котором интерфейс (34) связи содержит матричный коммутационный блок.

3. Комплекс по п. 1, в котором модули (30, 60) установлены на опорной конструкции (100), содержащей разделенное на отсеки дно (11), в котором находятся электрические соединения периферических модулей (60) с центральным модулем (30).

4. Комплекс по п. 3, в котором интерфейс (34) связи и блок (35) питания центрального модуля расположены в разделенном на отсеки дне (110).

5. Комплекс по п. 3, в котором по меньшей мере один из модулей (30, 60) заключен в корпус (40, 70), ограничивающий, по меньшей мере, один воздушный канал (42.1, 42.2, 72.1, 72.2) между двумя противоположными сторонами корпуса.

6. Комплекс по п. 5, в котором воздушный канал (42.1, 42.2, 72.1, 72.2) выполнен между задней стороной (40.3, 70.3) и передней стороной (40.4, 70.4) корпуса, при этом канал содержит, по меньшей мере, одно отверстие, выходящее на заднюю сторону корпуса и сообщающееся с вентиляционным блоком (120), установленным в разделенном на отсеки дне (110) и связанным с центральным модулем (30), обеспечивающим его управление.

7. Комплекс по п. 6, в котором корпус (40, 70) содержит теплопроводящую рамку (43, 73), окружающую модуль (30, 60) и связанную за счет теплопроводности по меньшей мере с одним рассеивающим элементом (44, 74), расположенным в воздушном канале (42.1, 42.2, 72.1, 72.2).

8. Комплекс по п. 7, в котором рассеивающий элемент (44, 74) представляет собой теплопровод, проходящий через канал, наружную стенку, смежную с корпусом (40, 70), и рамку (43, 73).

9. Комплекс по п. 8, в котором теплопровод выполнен с возможностью обеспечения прохождения воздуха между нижней стороной (40.2, 70.2) и верхней стороной (40.1, 70.1) корпуса.

10. Комплекс по п. 3, в котором по меньшей мере один из модулей (30, 60) заключен в корпус (40, 70) из композитного материала.

11. Комплекс по п. 1, в котором блок (35) питания выполнен с возможностью выдачи, по меньшей мере, переменного тока высокой частоты, а каждый периферический модуль содержит блок преобразования тока.

12. Комплекс по п. 1, в котором каждый модуль (30, 60) имеет свой собственный плавающий электрический опорный потенциал.

13. Комплекс по п. 1, в котором модули (30, 60) выполнены с возможностью установления между собой связи согласно протоколу ETHERNET.

14. Комплекс по п. 1, в котором изоляция представляет собой гальваническую развязку.