面向IMA的实时操作系统的安全机制

当前新一代航空电子呈现出向综合模块化方向发展的趋势。这一变化对航电设备中使用的机载实时操作系统提出了新的要求。机载实时操作系统需要将各类机载软件融合到同一个CPU上,实现综合化;同时又要保证各类机载软件独立运行,不相互影响,实现模块化。这就需要操作系统改变管理软硬件资源的机制,支持对于各类机载软件实施分区调度,并保证分区的独立与安全。ARINC 653标准介绍了分区的概念,对面向综合模块化航空电子设备(IMA)的实时操作系统的安全机制提出了具体要求。     

一种分区操作系统实时任务调度方法

本文以提高在综合化航空电子系统混合任务场景中的实时任务响应性能和解决遗产代码重用问题为目标,提出一种具备虚拟化支持能力的分区操作系统实时任务调度方法。该方法通过建立全局调度队列,并对任务状态进行合理控制,相比已有分区操作系统两级调度模型更为灵活,并且保证了虚拟化分区中客户操作系统自身的调度策略不被破坏,能够满足分区操作系统对任务调度实时性和虚拟化支持能力的需求。     

ARINC653分区操作系统多核处理器任务调度设计

航空电子架构综合模块化航空电子（Integrated Modular Avionic,IMA）已成为主流航空电子系统,ARINC653作为航空电子设备IMA架构的标准应用接口,符合ARINC653标准的分区实时调度算法成为了航空电子系统领域研究的重点.多数分区实时调度算法针对的是单核处理器.如何在多核处理器环境中对任务进行高效的调度成为ARINC653多核任务调度的关键问题,本文提出一种基于多核负载比例轮转的调度方法,该方法以任务的负载比例计算任务权值,完成任务在多核处理器上的调度,从而满足多核分区操作系统的实时性要求.仿真实验表明该方法是可行且高效的.     

综合化航空电子系统软件接口研究

综合化航空电子系统软件对系统的综合性能具有较高的要求。全面分析了综合化航空电子系统的性能需求,定义了综合化航空电子系统性能评估模型,首次对综合化航空电子系统进行全面评估,建立了综合化航空电子系统体系结构和功能软件的评估模型,分析和对比了综合化航空电子系统软件现有接口标准规范。在航空电子系统软件开发中将多个标准结合起来参考使用,将有利于提高机载软件的重用性、移植性、安全性和可靠性。     

多核对分区操作系统影响研究

分区操作系统是综合化航空电子领域中的核心技术。随着单核性能极限的到来,处理器结构向着多核发展。将两者结合起来,在多核分区操作系统的基础上研究分析多核处理器结构为分区操作系统带来的影响。经分析实验数据得出多核处理器结构在多核处理器中共享Cache结构和内核中临界资源并发访问两方面对分区操作系统产生影响。     

VxWorks平台内核态ARINC653分区实时调度算法设计与实现

集成模块化航空电子架构(integrated modular avionic,IMA)已成为主流航空电子系统;ARINC 653作为航空电子设备IMA架构的标准应用接口,成为研究航空电子软件编程方法的入口;最新研究表明,VxWorks能够为航空电子分区管理提供最优化的平台;然而,基于VxWorks的ARINC 653高效分区调度算法依然是研究的“盲区”;由此,设计了VxWorks内核态分层ARINC 653分区实时调度算法,提高了分区调度效率,为VxWorks内核ARINC 653完整性的研究提供非常有价值的参考;实验数据说明,相较于传统用户态分区管理模型,该调度算法使分区释放开销和分区释放抖动两项指标均显著降低.     

OBSUS:一种高效的机载软件更新系统仿真评价

航空电子产业中航电综合化是目前航电系统发展的主要趋势,在综合化航电系统中,越来越多的功能模块采用软件实现,来代替硬件的相应功能,同时软件系统是需要不断更新的,因此软件更新系统的作用显得尤为重要。围绕航电系统中的软件更新关键技术,通过研究机载环境及其软件更新的特点,提出一种新型机载软件更新系统OBSUS(On-Board Software Update System)。通过OBSUS系统架构设计,以及通信协议Xmodem+的实现,使得OBSUS可部署在多种硬件平台中,以满足机载环境软件更新的要求,具有较强的普适性。最后,在真实硬件平台上实现了OBSUS原型系统,并对系统的性能进行了仿真研究与性能评价。仿真验证结果表明,OBSUS是一种高效的机载软件更新系统。     

基于安全分区操作系统的容错计算机软件架构

机载计算机的综合化程度越来越高,综合了飞行器的多种任务功能,需要满足不同系统不同余度配置的安全要求。这种高可靠的容错计算机对软件的要求越来越高,为了确保不同系统应用程序在时间上空间上的彼此隔离互不影响,在高安全性的实时操作系统中提出了分区（Partition）的概念。介绍了一种高可靠机载容错计算机的系统结构,以及在INTEGIRTY分区操作系统下容错计算机的软件架构、系统调度、余度管理等     

航空电子嵌入式实时操作系统的安全策略

新一代航空电子系统是一种高度综合化、模块化的系统。为了确保系统工作的安全与可靠,需要具有高安全性能的实时操作系统。该文介绍软件的分区管理和信息安全管理、分区间通信的虚通道等技术,讨论航空电子嵌入式实时操作系统中的数据安全策略。实验结果表明了该策略的有效性。     

机载任务系统的故障管理应用设计

面对综合化、模块化航空电子(Integrated Modular Avionics,IMA)架构下机载任务系统出现的繁多且复杂的故障,对故障进行定位及有效管理.通过底层故障检测、故障诊断与定位、故障处理到系统故障综合,利用系统管理软件和故障管理软件对不同故障提供不同的处理方法和处理策略,提出了一种机载任务系统的故障管理...     

实时操作系统CPU使用率监测的软件容错研究

在硬件实时操作系统中,系统CPU的使用率是系统性能的一项重要指标,如果任务占据了系统的全部CPU,其它任务将无法继续运行,给系统带来灾难性后果。 通过分析实时操作系统中软件运行的特点,系统设计需要采取一定容错策略,以提高系统可靠性和容错能力。在μC/ OS-Ⅱ实时操作系统下对飞行控制软件中的任务进行实时监测。首先给出在μC/ OS Ⅱ实时操作系统下CPU使用率的计算方法,合理提出CPU的监测周期。其次,给出对CPU使用率异常的故障检测算法,对故障进行故障处置,提高系统的容错能力。最后,通过在MPC5674飞行控制计算机中编写嵌入式飞行控制软件来验证四种对CPU使用率异常的处置方法。仿真结果表明,实时操作系统中CPU的软件容错方法可以有效提高系统可靠性和容错能力。     

综合模块化航空电子系统的可靠性设计

ASAAC软件体系结构侧重于整个系统的模块化、可扩展性,其节点使用普通操作系统导致系统可靠性不够。针对该问题,将符合ARINC653标准的高可靠性分区操作系统作为ASAAC软件体系结构的节点操作系统,设计新的ASAAC通用系统管理并将其植入ARINC653的核心软件层,使两者充分融合以提高综合模块化航空电子系统的可靠性。     

跨平台APEX接口组件的设计与实现

在航电软件开发、集成过程中,不同的操作系统平台提供了不同的操作系统接口,为解决应用程序没有统一的接口规范,从而导致的软件重用率低、软件设计复杂等问题,基于ARINC653标准的APEX接口在不同操作系统上设计并实现了一套统一的、跨操作系统平台的组件,并提供一套能够兼容ARINC653标准的应用软件开发框架。该跨平台APEX接口组件为应用层提供了统一的API接口,解除了应用软件对操作系统的依赖性,实现了应用软件与平台软件的隔离,保证了应用软件在不同操作系统上的快速移植。     

分时EDF算法及其在多媒体操作系统中的应用

提出了一种新的CPU调度算法－－分时EDF（Earliest Deadine First)算法,该算法能保证硬实时任务不丢失死线,并易于在分时系统中实现。以分时EDF算法为基础,提出一种新的CPU层次调度算法－－HRFSFQ,该算法用于多媒体操作系统时能保证各类任务的QoS。最后通过大量实验证明了上述算法的有效性和正确性。     

一种基于PID反馈控制的分时调度算法

近年来，在实时操作系统的研究中，已开始将反馈控制融人操作系统的任务调度，将这一想法与分时操作系统相结合，提出一种基于PID反馈控制的分时调度算法，它能根据任务对CPU带宽的个性化需求，并考虑开放的分时系统中CPU占用率的不确定动态变化特性，动态地分配CPU带宽，使CPU对任务集的处理效果始终处于最佳状态，性能分析实验结果表明，它不仅兼容传统的分时调度架构，还具有良好的动态、静态特性及鲁棒性，且引入的调度费用较低。     

基于IMA平台的嵌入式软件设计模型仿真及实时性分析方法

如何确保机载软件满足其实时性需求一直是一个引人关注的研究问题。根据工业界的报告结果,缺陷发现得越早,用于修复缺陷以提高机载软件不超时的可能性的代价就越小。对于运行在由ARINC653标准所描述的综合模块化航电系统(IMA)上的机载软件可采用以下方法:将机载软件的设计模型(UML模型)转化成仿真模型(Simulink模型),通过在Simulink平台上运行仿真模型来发现潜在的实时性问题。由于机载软件可能与IMA平台之间具有大量的交互(例如接口层和操作系统层)用来申请使用资源或者与其它的应用程序进行通讯,因此设计了一个仿真内核来仿真IMA平台的行为。最后,使用一个工业案例来论证上述方法的有效性。     

Linux环境下路由器中的网络带宽管理

Linux是目前广泛用于路由设备中的操作系统,而流量管理是这种网络操作系统的一个重要功能.研究了Linux系统的流量管理机制,发现当前Linux系统所采用的在网络接口的出口实现的基于网络包调度的流量管理机制缺乏对于网络带宽在系统范围的全局性的管理,也缺乏对于输入流的网络处理的有效管理和调度,从而造成不必要的CPU资源的浪费.为解决这一问题,提出了一种新颖的网络带宽管理机制,它通过调度网络协议处理所占用的CPU时间来实现带宽管理.这种新的机制将网络带宽的管理和调度从网络接口的出口点转移到处理接收到的网络包的系统软件中断处理程序中,从而克服了原来的流量管理机制的缺点.通过系统实现和对比实验,发现该机制本身给系统带来的负载小于Linux原来的流量管理机制,同时可以提供更好的流量隔离,并且能够有效地节省用于网络处理的CPU资源.     

飞行管理系统AADL建模与分析

航空电子系统软件的建模与分析是保证军用和民用飞机高可靠、高性能的重要手段,也是模型驱动软件体系结构的重要组成部分。飞行管理系统作为航空电子系统的重要组成部分,传统上,对该系统的可调度性分析是在系统设计完成后,在实现与验证阶段进行的,这使得系统无法进行的准确地软硬件需求分析。采用先进的建模方法AADL对其进行建模,为飞行管理系统的可调度性分析、可靠性分析以及通信延迟等分析提供了可能,使得在系统需求分析阶段就可以准确确定系统的软硬件需求,并能大大降低系统的更改验证成本。首先论述了建模语言AADL的基本构成以及与航空电子应用接口规范ARING653的对应关系;然后描述了飞行管理系统的功能构成,并建立了飞行管理系统的AADL模型;最后详细论述了系统调度理论,AADL工具,飞管系统AADL模型的仿真分析。通过仿真分析为飞管系统的处理器选型、系统设计、软件设计与优化提供了依据。     

基于Linux的进程主/从调度实现

提出一种主从调度模型在Linux下的实现方法。在该模型中，系统中的每一个进程由某一个指定的CPU来运行，从而减少了进程切换的次数。在内核中，每一个CPU单独拥有一个可运行队列，各个CPU各自进行调度，使得内核调度线程能够同时在多个CPU上运行，多个CPU充分并行，从而提高系统性能。