Rechenleistung im modernen Verkehrsflugzeug?

[toxic]

Kurz gefragt: Wieviel Rechenleistung ist nötig/verbaut um ein modernes Verkehrsflugzeug von A nach B zu fliegen.

 

[LFeldTom]

An einer (exemplarisch) genaueren Antwort wäre ich auch interessiert.

Mein Tip - das Bord-Entertainment-System übersteigt den Rest um ein Vielfaches.

Zumindest dürften die "lebenswichtigen" Rechner erheblich weniger Durchsatz haben als allgemein angenommen wird. Wenn ich mich recht erinnere war die Flugsteuerung der frühen Airbus A320 von einem Paar Intel 80186 / Motorola 68000 befeuert. Ob das immer noch Stand der Technik ist vermag ich nicht zu sagen - aber in dem Bereich spielt das Thema Rechenleistung eine untergeordnete Rolle. Langfristige Verfügbarkeit, gesicherte Validierung und eine erhöhte Störfestigkeit sind deutlich relevanter.

Einige erinnern sich vielleicht noch daran, daß die NASA mal vor Jahren alte 8086 Prozessoren für ihre SpaceShuttle suchte. Es waren allerdings nicht die Standardvarianten aus PCs gefragt, sondern solche mit erhöhter Störfestigkeit wie sie z.B. in medizinischen Geräten zum Einsatz kamen. Diese haben auch einen größeren zulässigen Temperaturbereich. Bei den kleinen Strukurbreiten heutiger High-End-Chips bereitet die erhöhte kosmische Strahlung in großen Flughöhen Probleme.

Was in so einem aktuellen modernen Vogel so alles drinsteckt kann bestimmt jemand anderes beisteuern.

Gruß,
Tom

 

[cool]

Mein Tip - das Bord-Entertainment-System übersteigt den Rest um ein Vielfaches.

oder der Schlepptop vom Kutscher

Ansonsten gibts da einen weiten Bereich und ja auch viele unterschiedliche Versionen. Was ich auf die schnelle gefunde habe, waren ~16-40Mhz bei den Flugsteuerungsrechner und etwa 500kb-2mb Memory (ist aber nciht der Arbeitsspeicher).
Je nach Systemaufbau gibt es aber Rechner, die 8 CPU's benutzten, dann gibt es ja viele verschiedene Rechner die verschiedene Aufgaben übernehmen. Da in der Summe eine halbwegs genaue Aussage zu treffen, wird schwierig, ich fürchte aber, dass Tom recht hat, jedes neuere Handy wird mehr "Schmalz" haben als die Flugzeugrechner.

Die 80186er CPU's hab ich auch gefunden, dazu noch AMD 29050 oder auch Motorola 58333, sagt mir dann aber weniger. Über AIMS (ein zentrales System in der B777 welches einige Aufgaben übernimmt, die bei herkömmlichen Flugzeugen auf verschiedene Rechner aufgeteilt wird) wird von 15mb Betriebssystem und 4mb RAM gesprochen.

 

[Schorsch]

Speziell bei der Flugsteuerung sind die Rechenoperationen ziemlich überschaubar.
Moderne Rechner sind ja vor allem wegen der Grafikausgabe so aufgepumpt, und wegen der Handhabung der vielen Daten.

Ich würde die Leistung eines iPhone deutlich nördlich von der zusammen gefassten Rechenleistung der wichtigen Computer ansetzen.

 

[Rhönlerche]

Hier wird behauptet, der Power PC-Prozessor 68020 würde im Eurofighter für die Flugsteuerung verwendet. WIMRE habe ich das auch schon mal bei Airbus gehört. Die eigentlichen Airbus-Steuerchips kommen von BAE SYSTEMS und werden übrigens auch von Boeing genutzt, bei der 777.

http://www.chipsetc.com/motorola.html

http://www.baesystems.com/Capabilities/Air/FlightControls/index.htm

 

[Xena]

Die 68er Baureihe wird immer noch von Motorola produziert? Erstaunlich. Manche Prozessoren sind nicht tot zu bekommen...
Der Prozessor war mal Ende der 80er in meinem Rechner.

 

[Rhönlerche]

Ich denke mal, die werden nicht mehr neu produziert, sondern liegen irgendwo "auf Halde".

Freescale baut sie noch.

http://en.wikipedia.org/wiki/Motorola_68000

 

[Schorsch]

Hier wird behauptet, der Power PC-Prozessor 68020 würde im Eurofighter für die Flugsteuerung verwendet. WIMRE habe ich das auch schon mal bei Airbus gehört. Die eigentlichen Airbus-Steuerchips kommen von BAE SYSTEMS und werden übrigens auch von Boeing genutzt, bei der 777.

http://www.chipsetc.com/motorola.html

http://www.baesystems.com/Capabilities/Air/FlightControls/index.htm

Grund für die nach heutigen Maßstäben bescheidene Leistung sind:
- die Operationen müssen mit maximal 60-100Hz geleistet werden, manchmal auch eher mit 20-40Hz
- die Operationen sind sehr einfach, meist so etwas wie "Out = (P_soll - P_ist) * Gain"
- viele Operationen sind einfach nur Vergleiche (logische Operationen)

Die "Logiken" der Flugsteuerung sind weitaus weniger komplex als man manchmal annimmt. Das Wort Algorithmus ist fast schon hoch gegriffen. Ich denke eine moderne Motorsteuerung ist teils komplexer.

 

[A380]

Grund für die nach heutigen Maßstäben bescheidene Leistung sind:
- die Operationen müssen mit maximal 60-100Hz geleistet werden, manchmal auch eher mit 20-40Hz
- die Operationen sind sehr einfach, meist so etwas wie "Out = (P_soll - P_ist) * Gain"
- viele Operationen sind einfach nur Vergleiche (logische Operationen)

Die "Logiken" der Flugsteuerung sind weitaus weniger komplex als man manchmal annimmt. Das Wort Algorithmus ist fast schon hoch gegriffen. Ich denke eine moderne Motorsteuerung ist teils komplexer.

Da gebe ich Schorch fast 100% Recht !

Da bei diesen kleinen "alten", aber sehr feinen Prozessoren die eingesetzten Programme oder Programmzeilen alle auf Maschinenebene (Assembler etc.) ablaufen, sind diese bei z.B.der Abarbeitung von Compare-Operationen (SOLL/IST-Vergleichen) bei der Korrektur von Thrust-Leveln oder Kursabweichungen schneller als jede Windows-Mühle.
Algorithmus findet natürlich auch statt, wenn man die Verknüpfung der einzelnen Rechenmodule als Gesamt-CPU betrachtet.
Natürlich sind die einzelnen Module redundant ausgelegt, permanente Plausibilitäts-Kontrollen (sollen) verhindern, dass falsche Messwerte etc. in Berechnungen einfliessen.
Dann sind wir schon wieder bei "Komplex"

 

[Xena]

Hier wird behauptet, der Power PC-Prozessor 68020 würde im Eurofighter für die Flugsteuerung verwendet.

Ach, da fällt mir gerade auf, daß die 68er Baureihe keine Power-PC Prozessoren sind. ;)

 

[Rhönlerche]

Da hast Du allerdings Recht. Die 68K waren noch davor!
Schon so lange her.:red:

Die F-22 soll übrigens einen Power PC Chip nutzen.
http://de.wikipedia.org/wiki/PowerPC

 

[Karsten]

Mann sollte einen Punkt nicht vergessen. Die alten "langsamen" CPUs sind schon allein wegen ihrer grösseren Halbleiterstrukturen weniger gegen Höhenstrahlung anfällig.

 

[LFeldTom]

Da gebe ich Schorch fast 100% Recht !

Da bei diesen kleinen "alten", aber sehr feinen Prozessoren die eingesetzten Programme oder Programmzeilen alle auf Maschinenebene (Assembler etc.) ablaufen, sind diese bei z.B.der Abarbeitung von Compare-Operationen (SOLL/IST-Vergleichen) bei der Korrektur von Thrust-Leveln oder Kursabweichungen schneller als jede Windows-Mühle.
Algorithmus findet natürlich auch statt, wenn man die Verknüpfung der einzelnen Rechenmodule als Gesamt-CPU betrachtet.

Deine Zeilen in Kombination mit Deinem Userprofil irritieren mich schon ein wenig.

Wenn ich mich recht entsinne wurde bei Airbus früher bei der Flugsteuerung im Rahmen der Redundanz nicht nur auf verschiedene Rechnerhardware (Intel / Motorola) zurückgegriffen, sondern auch auf verschiedene Sprachen - ein System in Assembler und eines in einer Hochsprache. Es wird also durchaus nicht alles in Assembler codiert. Ich weiss nicht, welches der Systeme beim A320 mit Assembler gefüttert wurde, aber ich kann natürlich für die Entwickler nur hoffen, daß es der 68K war. Deine positive Einschätzung dieser CPUs teile ich durchaus - es hat sehr viel Spaß gemacht denen mit Assembler mehr Leistung zu entlocken - auch wenn das schon lange her ist.

Was die Performance und den Vergleich mit aktuellen Windows-Maschinen angeht hab ich aber schlucken müssen. Windows ist kein Echtzeitbetriebssystem und daher kann ich nie eine zeitnahe Bearbeitung garantieren - das wird sich auch mit kommenden Prozessorgenerationen kaum ändern. Oder anders gesagt hat das überhaupt nix mit aktuellen Prozessoren zu tun. Auch wenn modernere Architekturen durch die längeren Pipelines deutlich allergischer auf falsche Vorhersagen bei Conditional Branches reagieren so liegen immer noch Welten zwischen einem 68K und den PC-Prozessoren der letzten Jahren.

Gruß,
Tom

 

[LFeldTom]

Beim erwähnten Eurofighter darf man auch nicht vergessen aus welcher Zeit die grundsätzliche Entwicklung der Flugsteuerungssoftware stammt - natürlich gibt es im Rahmen der Flugerprobung sehr viel Feintuning - aber das Grundgerüst dürfte schon sehr lange stehen. Damals waren die 68K gar nicht soooo alt.

Solange die Versorgung gesichert ist - und keine wilden neuen Entwicklungen anstehen gibt es eigentlich überhaupt keinen Grund etwas zu ändern. Die Performance reicht offensichtlich für den Zweck locker aus.


Da Karsten das Thema Strahlung nochmal aufgegriffen hat - wer sich für das Thema interessiert kann ja mal Google mit den Stichworten "radiation hardened pentium" füttern - gibt da sehr viel spannendes zu lesen...

Gruß,
Tom

 

[A380]

Was die Performance und den Vergleich mit aktuellen Windows-Maschinen angeht hab ich aber schlucken müssen. Windows ist kein Echtzeitbetriebssystem und daher kann ich nie eine zeitnahe Bearbeitung garantieren - das wird sich auch mit kommenden Prozessorgenerationen kaum ändern. Gruß,
Tom

Hallo Tom,
ich habe niemals behauptet, das Windows ein Echtzeit-Betriebssystem ist !
Wenn Echtzeit ( die es eigentlich nicht gibt !, weil immer mit Verzögerung abgearbeitet wird ), dann nur auf direkter Maschinen-Ebene !

 

[LFeldTom]

Hallo Tom,
ich habe niemals behauptet, das Windows ein Echtzeit-Betriebssystem ist !
:

Hast Du in der Tat nicht - ich habe einfach geschlossen, daß deine Bemerkung, daß so ein 68K für einfache Compare Operationen jede Windows-Mühle schlägt ein Seitenhieb auf die Architektur von Windwos war. Das war dann ein Missverständnis meinerseits.

Dann verstehe ich Deine Aussage

sind diese bei z.B.der Abarbeitung von Compare-Operationen (SOLL/IST-Vergleichen) bei der Korrektur von Thrust-Leveln oder Kursabweichungen schneller als jede Windows-Mühle.

allerdings nicht wirklich. Ich habe sowohl auf 68K als auch auf aktuellen Intel Systemen Assembler codiert und kann das nicht bestätigen.

Wenn Echtzeit ( die es eigentlich nicht gibt !, weil immer mit Verzögerung abgearbeitet wird ), dann nur auf direkter Maschinen-Ebene !

Ein Echtzeitbetriebssystem erhebt ja nicht den Anspruch verzögerungslos zu sein, sondern daß auf Requests in einem garantierten Zeitrahmen reagiert wird. Dass das nur auf Maschinenebene möglich ist wäre mir neu.

Gruß,
Tom

 

[Karsten]

Um Echtzeit zu kriegen braucht man ein entsprechendes Betriebssystem. Ob dies nun in Assembler oder einer Hochsprache programmiert ist ist "Wurscht".

Bei heutigen Prozessoren sind in der Regel Compiler bei einen Menschen deutlich überlegen. Beispiel Optimierung der Registernutzung über ein komplettes Programm.

In Spezialfällen mit Riesenaufwand kann man sicher eine Compiler noch schlagen aber das ist in der Regel nicht Kosten deckend.
(Dies bezieht sich auf gängige Prozessoren die eine gewisse Verbreitung haben. Bei Nischenprodukte und DSP kann es anders sein.)

 

[Xena]

Die 68k Serie wurde damals (tm) sehr gerne in militärische Geräte verwendet und das hat seinen Grund. Er ist in vielen Lenkwaffen und dergleichen zu finden. Rechner mit 68k Prozessoren wurden in den 80ern und früher 90ern noch für Telemetrieauswertung in Echtzeit bei der NASA verwendet. Man glaubt es kaum aber die haben Amiga 1000 Rechner für die Überwachung ihrer Satellitenstarts verwendet. Ich kann mich noch an einen Bericht von damals erinnern, wo es darum ging, daß diese Lösung die günstigste aller Quasiechtzeitbetriebssysteme/Multitasking/Hardware-Kombi war. Mit Intelarchitekturrechner (also PC) war das damals wohl noch kaum möglich mehrere Datenkanäle in quasi Echtzeit auszuwerten. Diese wurden Ende der 90er durch Win-NT Rechner ersetzt.

Ich dachte der sei inzwischen durch modernere Prozessoren ersetzt worden, aber wenn man gezielt sucht, findet man noch jede Menge Anwendungen für die Dinger, auch neue Anwendungen. Erstaunlich.

 

[Karsten]

Auch mit Intel CPUs ist möglich. Beispiele dafür sind Industrie Betriebssysteme wie RMOS. Diese auf 80x86/80x88 basierenden Systeme taten und tun immer noch Dienst in Eichzeitanwendungen in Medizin, Automatisierung u.a.
Die NASA setzte 8086 in der Steuerung der Space Shuttle ein.

68000 hatte eine für die damalige Zeit Superarchitektur. Das steht außer Frage. Aber im Prinzip ist es weniger ein Problem der CPU als was man mit ihr macht. Windows 3.x und NT mit kooperativen Multitasking ist ganz klar allein schon Struktur nicht auf Echtzeit ausgelegt.

Was die Amigas angeht (wehmütig an meinen A2000 denken) die werden wohl primär den Visualisierungsteil und nicht die harte Echtzeit übernommen haben. Amiga OS war auch kein Echtzeit System.

Quasi Echtzeit ist ein dehnbarere Begriff.
Echtzeit bedeutet erstmals nur da das System auf jede Anforderung garantiert in einer definierten Zeit reagiert. Das muss nicht mal schnell sein aber es muss absolut zuverlässig sein.

Qusai Echzeit kann ich bei genügend Rechenpower und moderater Last sowie kooperativer (d.h. nicht mutwillig blockierender) Software auch mit relativ einfachen Mitteln realisieren. Als ich 90 anfing Steuerungssystem im Medizinbereich zu entwickeln ließen wir auch auf 8051 (8 bit Microcontrollern) schon 60 Tasks parallel laufen. Die wirklich "richtige" Echtzeit geschah da in Interrupt.

Amgia war zu der zeit als Intel PC mit etwas RAM (512kb-640kB) und einer Schrottgrafik noch Phantasie Preise kosteten eine Superplattform.

Karsten

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Wenn ich mal etwas "off-Topic" werden darf, und das Thema richtung "Vieviel Rechenleistung braucht es für eine Fluglageregelung" zu schieben:
Eine wunderschöne "Übungsplattform" für solche Dinge sind ferngesteuerte (und ggf. selbstgebaute) Quattrocopter- und Multikopter-Drohnen. Dort werden, je nach "Deluxe"grad der Ausführung, 3dof Rotation, 3dof Translation, GPS, barometrische Höhe, Ultraschall-Höhe und ggf. auch Horizonterfassung verarbeitet, um daraus zwischen 4 und 8 Steuerorgane anzusteuern.
Diese Dinger können präzise Waypoints abklappern, exakt position halten und vieles mehr - und das ganze mit der Rechenleistung eines kleinen, sehr einfach (und in Hochsprache) programmierbaren Mikrocontrollers (oftmals AVR o.Ä.)

Es BRAUCHT also wirklich zum Lösen der eigentlichen Grundaufgabe recht wenig Leistung, da darf man sich den Luxus einer "veralteten" (aber ggf. robusteren) Technologie durchaus leisten. Immer wieder hört und liest man "belächlungen" selbsternannter Experten über den veralteten Stand der Dinge, und tut die Begründungen dafür als Ausreden für Entwicklungsfaulheit ab. Aber ich will in keinem Airliner sitzen, der von einem Iphone kontrolliert wird ;)

Und YEP, Amiga war GEIL... Interceptor *träum*


gruß
a.p.