星载操作系统中面向混合多任务类型的两级准入控制策略

随着空间技术的发展,星载操作系统从单一任务类型的封闭式系统转变为多种任务类型混合的开放式系统,此时系统的可预测性难度和不确定性增大,而现有的表调度策略已无法解决该场景下多任务类型混合调度时的可调度性分析问题,同时也不能支持系统运行时新任务的动态载入,阻碍了星载操作系统的智能化和多样化发展.针对该问题,本文以保障航天器的实时性需求及功能的可扩展性为研究目标,提出基于任务关键等级的两级准入控制策略.通过模型建立对任务的时间特性进行了描述,并全面分析了高优先级任务产生的最大干扰时间,进而分别提出基于干扰时间上界和基于响应时间分析的可调度性判定方法.实验结果表明,相较于现有算法,本文方法极大地减小了高优先级任务干扰时间的计算开销,并通过对任务运行时信息的追踪,改善了算法实时性能,提升了处理器利用率,为解决航天器系统中零散任务的准入控制问题提供了理论基础.

小卫星星载操作系统内核的设计

小卫星由于一些突出的优点正成为研究的焦点，而星载操作系统是星务管理软件指挥卫星运行的平台。当前没有专门为小卫星设计的实时操作系统，一般都是对通用嵌入式实时操作系统进行裁剪来完成，需要很大的工作量。在某小卫星设计的基础上，提出了一种星载实时操作系统内核的设计方法，其特点是：面向小卫星应用，代码少、实时性强、稳定性高。

面向星载操作系统的控制流错误检测方法

空间高能粒子辐射严重影响航天计算的可靠性,必须采取有效措施对其进行加固。相比使用抗辐射器件,使用软加固的商用器件具有性能高、成本低、开发速度快等优势。然而,目前的软加固研究主要适用于应用程序,对操作系统软加固方法的研究还较少。鉴于此,提出了一种面向星载操作系统的控制流错误检测方法。该方法结合星载操作系统自身特点,着眼于线程执行,将每个线程视为一个函数调用序列,通过在函数入口和出口处插入检测语句,监测各线程的执行,实现控制流错误检测。实验结果表明,该方法能将星载操作系统的控制流错误覆盖率提高约25%。

星载操作系统可信计算与度量认证技术研究

针对空间环境复杂和星载资源受限的特点,基于可信芯片支持,提出了一种适应于星载操作系统的动态度量认证方法,给出可配置的关键度量对象标识方案和验证策略。该方法根据星载应用关键等级设置关键度量对象和度量策略,对运行中关键应用进程进行周期性的度量验证,形成了一套星载软件的系统安全防护验证机制。实验结果表明,动态度量方法提升了系统可信度,性能满足星上应用要求,具有很好的实用价值。

一种星载操作系统进程安全监控设计

太空网络环境具有开放性、随遇接入等特性,处于这种环境下的星载操作系统将面临来自网络的干扰和攻击等安全威胁。为此,文章提出了一种星载操作系统进程安全监控设计。通过插桩技术对星载操作系统的进程控制块数据和控制流数据进行采集,并结合可信计算芯片的保密存储和哈希(HASH)计算能力,对上述数据进行校验,可实现基于进程控制块和控制流的星载操作系统进程安全监控。该设计能够对星载操作系统的运行状态进行安全监控,及时发现恶意代码等的攻击,保证星载操作系统运行时的安全。

基于JetsonTX2处理器的星载操作系统设计与验证

面向高可靠、高性能、生态优良、自主可控的星载操作系统需求,文章基于英伟达人工智能升级版(Jetson TX2)处理器对Linux操作系统进行了空间环境下可靠启动、高速数据传输、智能应用框架的改进设计。在可靠启动方面,设计了Linux内核和文件系统4份冗余结构,实现了操作系统的可靠启动和数据自主恢复策略。在高速数据传输方面,开展了高速串行传输接口(PCIE)数据传输的双缓冲区设计,改进了高速接口数据的传输性能。在好用易用方面,设计了智能应用管理框架,实现了App上注及App全生命周期管理模式。经过在Jetson TX2硬件平台测试验证,结果表明:改进后的星载操作系统支持内核、文件系统故障情况的可靠启动及主动恢复,PCIE高速数据传输速率大幅提升,智能应用管理支持128种不同功能App上注及加载运行,可为天基高速计算系统应用设计提供参考。

支持多核处理器的星载分区操作系统设计

针对星载处理器由单核向多核发展的趋势和当前没有针对航天应用的星载多核操作系统、卫星无法发挥多核处理器性能优势的问题,文章研究了适用于航天任务的星载多核分区操作系统。设计了一种支持多核处理器的星载操作系统结构,采用多核处理器动态调度和静态调度相结合的方法,实现了星载多核处理器高效实时调度与确定性调度。通过分区管理设计,实现分区间隔离与保护,避免软件问题扩散影响其他功能。该系统还具有支持星载应用(APP)动态加载、通过软件构件技术实现星载应用快速组装与集成的特点,可为航天任务应用多核处理器提供安全可靠的软件运行平台,满足未来航天新型任务和多核处理器的需求。

新技术试验卫星C星、D星姿轨控分系统设计和在轨验证

介绍了新技术试验卫星C星、D星姿轨控分系统设计和在轨验证情况。姿轨控分系统具备任意目标凝视跟踪、条带拼接成像、主动推扫成像等姿态控制功能。通过基于操作系统的姿轨控应用软件架构设计和基于动态链接库的在轨编程设计,首次实现基于操作系统的星载应用软件并行开发。通过一个软件配置项实现双星功能,解决了双星研制周期短、工作模式复杂等问题。给出了卫星在轨运行的部分曲线和数据,可为遥感卫星姿轨控系统设计提供参考。