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泄密or科普:给大家说说战斗机的软件系统吧

今天答了一个题目,说了下F-35的源码。其实想想呢,在问答里面还没有说开,那么就在文章里面再补充一下。

自从战斗机中包含了计算机的同时就产生了机载操作系统。起初这些操作系统都是一系列的RTOS(Real Time Operating System),和早期的手机操作系统一样,都是每个型号的战机写一套专用的操作系统,用以完成这型战斗机上面的特定功能。甚至来说,一架战机的不同部分,包含着不同的操作系统完成着不同的功能。

以F-14为例,F-14早期型号其内部装有三套计算机系统,其中最重要的一个计算机为Central Air Data Computer(CADC 中央大气数据计算机),这是世界上第一台真正用于飞行辅助控制的计算机系统。

F-14内的Central Air Data Computer

CADC通过整合飞机内部各种传感器的数据为飞机的控制提供借鉴性的操作,而这时F-14内部的火控计算机和红外系统还是由另外两部计算机进行控制的。

当年F-14还没有真正采用电传操作,因此机载计算机对飞行员的控制介入并不多。大部分的信息依旧是以模拟仪表的形式进行展现。

因此进入F-14AB这两型战机的座舱后会发现大量的仪表铺面而来。

同时,用于夜间红外探测的LANTIRN系统是一个独立的计算机系统,仅以专门的视频和控制通道接在了F-14的显示屏中,在HUD内进行叠加显示,其控制功能寥寥无几。

至于火控计算机则为后座武器官独立操作,功能并不能与前座驾驶员进行分享。

到这里基本上大家都可以看到F-14的前座和后座的座舱形式了。在1989年(这是一个关键时间点),F-14开始升级全玻璃化座舱。

所有的信息会在多功能显示屏上进行显示,这时的F-14D的内部仪表被众多的多功能显示器(MFD)所取代。

当然了,加了显示器仅仅是表象,其内部构筑了第一代的战斗机计算机总线MIL-STD-1553B所支持的AN/AYK-14 Tactical Computer(战术计算机系统)。

至此,战斗机上开始有真正意义的飞控电脑。同时,F-14上的大量设备可以通过专用的BISA-ISA-1553B数据总线将信息汇集在多功能显示器中,并由多功能显示器边上的按钮下达各种战术指令。

虽然当年的机载电脑的电路板放在现在的眼光来看还是特别粗糙,但是从这些电路板开始逐步完善的机载计算系统就一直在迭代发展。

由于AN/AYK-14是专有设备,上面的编程语言CMS-2 其实也仅仅在小范围内有人可以掌握,因此在早期的战斗机计算机上的软件成本几乎都是天价。当年美军的EA-6B也在使用AN/AYK-14计算机,为了修改其中的一个bug,美军付出了三架EA-6B的成本。而早期的AN/AYK-14计算机本身来源于美军驱逐舰的计算机设计,对于F-14这样的战机来说也是过于沉重。

后面的事情就像计算机行业和手机行业一样,硬件不断迭代发展,软件也在各种成长。

直至Green Hills Software推出了Integrity-178B操作系统后,欧美的高端战机一下子就被Integrity统一了操作系统。因此如果提到了现代美国战机的操作系统,那么90%是Integrity-178B的系统了。

当然了,Integrity-178B之所以能够这么快的遍布美军军用电脑其主要原因是因为支持ADA编程语言。这是一种美国军方专门设计的“军用”编程语言,其特点是短小精干、自然语言化。配合各种类库可以很方便的编写出各种功能。

例如:

上面的这一段14行的程序,是雷达预警传感器的显示程序,当雷达预警传感器提供高电平数据,那么座舱内的雷达预警指示器开始工作并开始播报雷达告警。利用ADA语言14行,可以完成C语言几百行的操作过程。而且如果除去了声明等必要代码,其仅仅用两行代码就可以完成功能。

再如:

这是一个23行的代码,驳接了机载数据链应答机和多功能显示器,直接将机载数据链内容向MFD上显示。可谓短小精干。

而机舱内的多功能显示器也进化演变成了下面的样子:

大量的显示内容可以靠图层的功能进行无缝叠加。由于可以靠图层叠加信息,因此大量的战斗机内显示方案就如雨后春笋一样的爆了出来。

在这种状态下,是不是忽然觉得F-35机内一个大屏幕其实没什么了不起的了吧?

F-35机内的多功能显示屏

没错,这只是Integrity-178B配合ADA语言的一种外在表象。

这时的战斗机操作系统配合各个不同的功能模块,传递相同的协议信号就可以对整个战机进行控制。当战机更新部件或者添加部件后,也可以对这些部件直接编程和加入特定的操作功能。

如果有兴趣的话,大家可以下载一个Integrity和ADA语言的IDE,在家可以利用模拟器开发出一个战斗机内的所有软件系统,还是那句话,只要有时间,那么写个战斗机的软件并不在话下。

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