《飞行器管理计算机操作系统技术研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《飞行器管理计算机操作系统技术研究.pdf（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第1 4 卷第1 期2 0 1 1 年1 月西安文理学院学报：自然科学版J o u r n a lo fX i a nU n i v e r s i t yo fA r t s&S c i e n c e(N a tS c iE d)V 0 1 1 4N o 1J a n 2 0 1 1文章编号：1 0 0 8-5 5 6 4(2 0 11)0 1-0 0 7 3-0 4飞行器管理计算机操作系统技术研究宁月光(海军装备部，陕西西安7 1 0 0 6 8)摘要：目前国外新一代飞机的设计中，为进一步提高飞机的性能，同时降低系统费用，采用飞行器管理系统综合管理，包括飞行控制、发动机控制、机电公共设备
2、管理等主要描述了针对飞行器管理计算机的操作系统技术，包括系统软件结构以及在多任务分区保护的基础上，如何实现系统同步、周期任务、健康监控等关键词：飞行器管理计算机；综合化；操作系统中图分类号：V 2 7文献标识码：AR e s e a r c ho nO p e r a t i n gS y s t e mT e c h n o l o g yf o rV e h i c l eM a n a g e m e n tC o m p u t e rN I N GY u e-g u a n g(M i l i t a r yD e p u t y0 伍c eo fN a v a lA v i a f
3、 i o nF a c i l i t i e s-X i a n7 1 0 0 6 8，C h i n a)A b s t r a c t：I no r d e rt om e e tt h en e e do ft h ea i r b o r n ee l e c t r o n i cs y s t e m-t h ed e s i g no fH e ws t y l ev e h i c l em a n a g e m e n ts y s t e ma d o p t sa ni n t e g r a t i o no ff l i g h tc o n t r o l，e
4、n g i n ec o n t r o l-u t i h t i e sc o n-t r o l，e t c，t op r o v i d eh i g hp e r f o r m a n c eo fs y s t e m 砸w e l l 嬲t ol o w e rt h el i f e c y c l ec o s t T h i sp a p e ra d d r e s s e do p e r a t i n gs y s t e mt e c h n o l o g ya i m i n ga tv e h i c l em a n a g e m e n tc o m
5、 p u t e r，i n c l u d i n gs y s t e m8 0 f t w a l es t r u c t u r eo t h e rt e c h n o l o g i e sb a s e do nm u l t i t a s kp a r t i t i o np r o t e c t i o nIs u c ha ss y n c h r o n i z a t i o n，p e r i o dt a s k。h e a l t hm o n i t o r i n g。e t c K e yw o r d s：v e h i c l em a n a
6、 g e m e n tc o m p u t e r；i n t e g r a t i o n；o p e r a t i n gs y s t e m1 操作系统需求分析飞行器管理计算机采用物理分离的多节点结构，计算机之间通过同步总线保证任务的同步执行，与C C D L 一起保证不同节点上同一任务的计算和判定在同一数据集上，在每个节点上，支持飞控、机电、发控等多个任务，系统框架结构如图1 所示为此，飞行器管理计算机对操作系统的需求包括：a)操作系统具有分区功能：确保时间和空间安全隔离，飞行器管理计算机节点l控、机电、发控飞行器管理计算机1节点2控、机电、发控E 行器管理汁算机节3匕控、机
7、电、发控“同步总线圈l飞行器管理计算机结构收稿日期：2 0 1 1-1 0 1 7作者简介：宁月光(1 9 6 3)，男，山东莱州人，海军装备部高级工程师研究方向：飞行自动控制万方数据7 4西安文理学院学报：自然科学版第1 4 卷能够实现两级调度方式不同分区之间的存储区隔离，不能相互访问；不同分区之间的执行时间隔离，分区不能占用另一个分区的时间；不同分区之间实现隔离保护，一个分区的故障不能影响其他分区，防止故障蔓延；具有分区级与任务级两级调度机制，保证各个分区都能够获得确定的时间片，任务能够获得设定的执行时间b)操作系统执行的实时性：确保应用的请求在其响应时间内获得执行，在其截止时间(死限)内
8、输出结果c)操作系统的安全性：确保关键应用的资源能够得到保证，在时间资源上，低安全级别或同等优先级别的应用不能影响高安全级别的应用执行；在空间资源上，确保分区资源分配的确定性，确保各应用的资源在执行前分配完成，在执行中操作系统不对分区进行资源的动态分配d)不同节点上相同应用同步执行：确保相同应用在相同的时间段上执行，与C C D L 一起保证相同的计算在同一数据集上e)节点内周期性应用的周期执行：确保在指定的周期时间点上，从指定的程序点执行约定的周期应用f)同步开发环境：实现对多节点系统的同步调试g)操作系统的可测试性：确保操作系统的所有状态已知2 软件功能分层结构飞行器管理计算机系统软件从功
9、能的角度来说分为两层：应用软件层、操作系统层应用软件层的功能包括飞行控制、推力控制、公共设备管理等专用功能，以及余度管理、B I T 等平台管理功能操作系统层负责系统的分区调度安全和资源访问安全，多个硬件平台之间的同步操作，以及模块支持接口驱动飞行器管理计算机系统软件功能分层结构如图2 所示余度管理和B I T 作为支持专用软件功能的多余度信息管理功能，为运行在不同冗余硬件平台上的每个专用软件功能提供经过表决后的一致的输入处理信息同步功能则作为保证多个冗余平台的不同专用功能所需的余度管理信息时间一致性的基本手段，成为操作系统在分区调度与资源保护之下的基础功能3 软件分区功能结构飞行器管理计算机
10、系统软件从隔离保护的角度分为两层，即独立分区软件层和核心软件层系统软件分区保护结构如图3 所示操作系统核心负责不同应用分区的调度和隔离，通过对时空资源静态的分配，对不同应用分区按照日程表进行调度，通过M M U 对分区的空间资源进行保护系统分区负责计算机平台共享输入输出资源的控制与处理以及系统健康监控管理，驻留在硬件平台上的软件包括：a)应用分区：多个专用的应用软件分区，按照相关的关键级别进行开发和验证应用分区在鲁棒的空间和时间分区条件下，只能通过系统调用与系统交互图2 飞行器管理计算机系统软件功能黼罕军r 1 1“。一系统分区：l健康监控I同步、1 0 管聊l1 _ 一L 一一广_ 一、01
11、1核心操作系统H 蒜薏墨墓豸等1软件层，硬件圈3系统软件分区保护结构b)操作系统核心：提供规范定义的A P I 和行为，提供应用软件执行的标准和通用的环境，包括调凰营万方数据第l 期宁月光：飞行器管理计算机操作系统技术研究7 5度、通信、同步与异步操作、存储器管理、异g-中断处理接口等服务c)系统分区：提供计算机平台的同步、共享输入输出控制d)系统专用功能：主要包括专用硬件接口、下载、调试、以及硬件接口的自测试4 操作系统关键技术研究4 1 同步支持技术同步是为了消除不同节点之间、以及节点内C P U 模块之间的主帧周期异步度，与操作系统分区调度一起，使模块在同一时间运行相同的分区，使应用可以
12、进一步实现C C D L 的时间一致性同步保证了所有C P U 模块在同一时刻启动主帧周期，通过随后的分区调度，使不同C P U 模块上的相同应用可以在同一时刻获得执行时间同步包括初始同步和正常同步初始同步在B S P 内完成，上电后完成同步工作模块的同步及有效同步通道设置正常同步安排在系统分区执行，并将系统分区安排成每个主帧周期的第一个分区，同步是每个主帧开始时执行的第一个分区的最高优先级任务，通过在同步期间不断修正主帧周期的时间计数，使同步所消耗的时间不计入主帧周期内，对于操作系统来说，同步消耗的时间为“0”4 2 周期任务支持技术在操作系统中为了支持不同分区内的周期任务的调度，有两种方法
13、：直接启动分区周期任务方法和间接启动分区周期任务方法两种方法均在系统分区中执行启动动作，在任务分区内执行挂起动作对于直接启动周期任务方法，首先通过链接允许系统分区控制其他分区的周期任务，然后任务分区的周期任务在结束时，按照约定的方式挂起周期任务，最后在系统分区判断各个分区的周期任务挂起情况，判断周期任务是否超时，恢复正常周期任务的运行态对于间接启动周期任务方法，首先通过链接允许系统分区控制其他分区的周期任务计数信号量，然后任务分区的周期任务在结束时，通过判断周期任务信号量的状态，判断周期任务是否超时，通过申请周期任务信号量而挂起，最后在系统分区释放周期任务信号量，由操作系统自动恢复周期任务的运
14、行态4 3P B l T 支持技术P B I T 执行对整个飞行器管理系统的测试，其测试周期及测试方法同飞行器管理系统的硬件特性相关，通常与飞行器管理计算机的实时任务的执行周期不一致为了支持P B I r I 的设计，必须建立与实时分区调度不同的周期调度支持在飞行器管理计算机中，上电后首先执行上电自测试P U B I T(空中上电跳过)，然后执行操作系统初始化，建立多分区的工作环境，然后按照分区定义依次调度不同的应用根据系统的要求，对P B I T 进入条件的判断可以放在飞控分区中，也可以放在系统分区中一旦P B I T 进入条件满足，将设置P B I T 测试标志并发布C P U 复位命令，
15、在重启后进行P B I T 测试，此时计算机的所有资源都在P B I T测试软件的直接控制之下，没有操作系统，实现P B I T 的周期测试在P B I T 完成后，通过复位重新开始正常的控制流程4 4 多应用输入输出处理技术输入输出处理采用设备驱动程序完成操作系统层的支持，对于任何需要访问某个设备的任务，首先在I n t e g r a t e 工具中将该设备配置给任务所在的分区，然后在任务中可以通过访问操作系统提供的驱动函数来实现对输入输出的处理在分区工作模式下，输入输出处理有两种选择：基于平台的共享输入输出处理，和基于任务的各自专用输入输出处理前者通过输入输出分区统一处理外部接口，提供信
16、息共享与分配，后者在各自任务所在分区处理输入输出信息如果多个任务共享同一资源，比如串行F I F O 或者某个离散量端口，采用共享处理方式将更加合适，该方式使资源的中断等信息都有惟一的处理接口，不会导致二异性的故障如果某个资源为单个任务专用，可采用专用处理方式，减少输出等待的延时，提高时间效率万方数据7 6西安文理学院学报：自然科学版第1 4 卷共享输入输出分区与不同任务分区的通讯采用不同的通讯连接，由于不同任务请求的地址端口可能有交叉，对共享的端口号在余度管理空间维护一张共享端口状态表，由对应不同任务的专用接口处理函数处理相应任务关心的位或数据字，防止任务间的相互干扰4 5 平台健康监控支持
17、技术健康监控分区的主要任务是故障处理、记录故障消息、上报故障信息健康监控分区获取的系统状态消息包含两类：分区间通过连接传递的故障信息，以及分区执行时的异常信息当分区执行正常，检测到需要上报的系统故障时，采用连接向健康监控上报故障，进行相应的处理，并分配到后台任务进行记录当分区本身发生执行异常时，首先由操作系统异常处理服务进行现场处理，挂起相应的任务，产生的异常状态将被标记到相应的对象上，健康监控通过收集对象的异常消息完成分区的异常处理系统例外处理调度分为3 级，处理级别由低到高如下a)任务级处理函数：当前任务设定的异常处理函数，必须与当前任务在同一分区b)分区级处理函数：由分区创建时设定的异常
18、处理函数，统一处理分区内所有异常(如果该异常没有被任务级处理函数处理)c)系统级处理函数：采用健康管理分区处理异常，防止由于分区内的故障导致异常处理的失效4 6 同步开发支持技术操作系统在配置调试代理库之后，可以通过调试工具对目标机进行调试其中r t s e r v 调试服务器用来在一个目标机上上进行任务级别的调试，当希望同时调试多个目标机时，使用r t n s e r v 进行连接和调试r t n s e r v 调试服务器中，提供了任务组的操作，能够将一个或多个目标机上的任务形成一个自定义的任务组任务组允许把任务组织起来，对多个任务同时操作同时设置任务组之后，也可以设置组断点，实现任务组的
19、同时停止5 操作系统研究小结在目前的实验中，我们建立了两个目标机上分区调度、分区通讯、主帧周期的同步执行，以及组同步调试，后续的主要工作包括：a)对分区调度机制及系统时钟工作机制进行分析。b)对同步调试机理及同步调试异步度进行分析C)对操作系统测试以保证其状态的确定性和正确性 参考文献 1 A G A R D I n t e g r a t e dv e h i c l em a n a g e m e n ts y s t e m s R A G A R DA d v i s o r yR e p o r t，1 9 9 6 2 Y E HYc T r i p l e t r i p l e
20、r e d u n d a n t7 7 7p r i m a r yf l i g h tc o m p u t e r C I E E EA e r o s p a c eA p p l i c a t i o n sC o n f e r e n c e 1 9 9 6 3 S H AL U s i n gs i m p l i c i t yt oc o n t r o lc o m p l e x i t y J I E E ES o f t w a r e，2 0 0 1，1 8(4)：2 0 一2 8 责任编辑马云彤万方数据飞行器管理计算机操作系统技术研究飞行器管理计算机操作系统
21、技术研究作者：宁月光，NING Yue-guang作者单位：海军装备部,陕西,西安,710068刊名：西安文理学院学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF XIAN UNIVERSITY OF ARTS AND SCIENCE(NATURAL SCIENCE EDITION)年，卷(期)：2011,14(1)参考文献(3条)参考文献(3条)1.SHA L Using simplicity to control complexity 2001(04)2.YEH Y C Triple-triple redundant 777 primary flight computer 19963.AGARD Integrated vehicle management systems 1996 本文链接：http:/