分区OS与TTE网络之间的时钟同步方法研究

随着航空电子系统综合化模块化程度的不断提高,日益增加的软件功能使得系统规模和复杂程度随之增加。为了满足系统高安全、高可靠的性能需求,确保周期任务的顺利执行,提出了一种基于时间触发以太网与ARINC 653分区操作系统的时钟同步优化算法,在传统算法的基础上,分别针对起始点同步与周期性调整两个阶段进行了算法优化。经试验验证,算法能够更加精确地对上下层时钟周期进行同步,有效地缩短了起始点同步时长、提高了周期性调整精度。

ARINC 653分区实时系统的主时间框架设计

综合模块化航空电子系统中的ARINC 653标准规定系统采用分区内调度和分区间调度双层调度机制。根据标准,分区内的调度由分区设计者指定,分区之间则按照静态的主时间框架进行调度。如何基于多个分区应用设计用于分区间调度的主时间框架是系统集成阶段需要解决的问题。首先利用可调度分析导出了分区的有界延迟模型参数,进一步将该参数转化为分区的调度参数用于分区间调度。然后进行分区间调度生成主时间框架,提出了最少窗口数目匹配-最佳匹配(MFBF)算法用于减少分区窗口的切换次数。提出的从分区参数推导到分区间调度流程能够基于若干分区应用生成ARINC 653系统的主时间框架。实验结果表明:时间窗口优化算法能有效减少分区窗口切换次数。

操作系统ARINC653标准符合性验证方法的研究

ARINC 653标准是一种国际流行的多分区操作系统的接口标准,是否符合ARINC 653标准是衡量一个嵌入式实时多分区操作系统是否符合国际主流标准,以及上层应用是否丰富的一个重要因素。如何验证多分区操作系统是否符合ARINC 653一直是嵌入式实时多分区操作系统测试的重点和难点。提出了一种采用C/S结构、基于ARINC 653 Part 3测试标准验证框架的实用多分区操作系统符合性验证方法,方法不需要对操作系统源码进行修改,并且可以根据测试项排序连续测试。实验证明了验证方法的有效性和准确性。

基于ARINC 653标准的嵌入式构件元模型研究

为了提高航电软件系统的设计和开发效率,文章利用构件化技术提出了一种适用于ARINC 653标准的嵌入式构件元模型ECOM,阐述了构件模型间的交互、构件的组合并定义了从构件模型到标准C++代码框架的映射规则。最后给出了一个构件模型到C++代码框架的映射实例。

数据分发服务中间件在分区操作系统部署方式的研究

航电系统中为了提升系统的安全等级,确保任务执行的确定性,可靠性,设计了遵循ARINC-653规范的操作系统,该操作系统能够实现资源隔离、空间隔离、时间隔离,如何将数据分发服务中间件部署在分区操作系统中,既保证系统的安全性,又保证系统的实时性和灵活性,成为一项挑战。文章将深入探索如何在ARINC-653操作系统上部署DDS,以便在任务和安全关键场景中应用。

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。

基于ARINC 653标准的远程文件存取机制的设计和实现

高度综合化的航空电子系统向多模块发展,模块之间的文件的共享问题就日益突出。本文提供了一种基于ARINC653远程文件存取的机制(ARFA,Remote File Access base on ARINC 653)的设计。ARFA提供了一种透明访问远程文件系统的机制,与普通的网络文件系统(NFS)相比,更注重访问远程文件的实时性,安全性和高可靠性。本文详述ARFA系统框架设计,模块功能的设计,文件的安全控制和ARFA中的协议设计与实现。

一种安全关键的嵌入式实时操作系统内核设计

在研究ARINC-653标准的时空隔离原理基础上,设计并实现一种安全关键的嵌入式实时操作系统。采用微内核设计,通过基于Manifest的任务与分区管理、软硬件结合的分区保护及软件静态验证,提升系统可靠性与可配置性。在PowerPC平台上实现嵌入式实时操作系统内核原型并对其进行功能与性能测试,结果表明该操作系统内核功能完备,满足软硬件分区、栈溢出保护与监测、驱动故障保护等需求,且综合性能优于同类操作系统内核。

分区间通信在航空电子系统中的设计与实现

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、可靠,必须有高安全性的实时操作系统支持。在高安全性的实时操作系统中提出了分区(Partition)的概念,原有的“子系统”概念已由硬件实体演变为软的“子系统”。分区是运行于一个处理机模块上的多个应用程序(或子系统),这些应用程序在时间和空间上彼此隔离,互不影响,当一个分区内的应用发生错误时,在时间和空间上都不会影响到别的分区的执行。为了适应分区间隔离的需要,应用程序之间的通信由传统的进程间通信方式变为分区间的通信方式,本文着重介绍了自主版权操作系统(ACoreOS653)中满足ARINC653要求的分区间通信的设计与实现方法。

面向综合模块化航电系统的驻留应用开发平台设计

综合模块化航电系统采用时间和空间分区技术隔离不同的应用程序,驻留在分区中应用程序的开发依赖于符合ARINC 653及相关接口和通信规范的开发平台。通过移植传统操作系统的板级支持包和开发驱动程序,使得商业单板计算机C2K支持符合ARINC 653规范的VxWorks 653分区操作系统并提供AFDX网络接口,首次实现了基于商业单板计算机C2K的驻留应用开发平台,其主要功能和性能与目前主流的大型客机综合模块化航电系统相当,可用来支持驻留应用的开发和调试,大幅度降低了成本。

基于FC的航电数据加载服务系统的设计研究

为适应日益发展的综合化航空电子系统及机载网络技术,航电系统维护中尤其是软件升级需要一套标准的数据及文件传输规范来保证加载的安全性和高效性。选用ARINC 615A数据加载协议,在深入分析其传输操作、传输文件以及传输协议的基础上,采用FC高速网络,设计适合ARINC 653和非ARINC 653操作系统的航电数据加载服务系统,并引入状态监控、CRC校验和短加载机制,实现数据加载的正确、稳定、可靠。

IMA系统软件集成过程的相关考虑

IMA架构在军机民机中的应用越来越成熟,其灵活的架构思想推动了软件往更高的可重用性方向发展,同时也增加了软件系统的集成难度。因此,在基于IMA软件系统开发过程中,软件集成活动越来越重要,软件集成能力的要求越来越高。本文根据已有项目经验,结合通用集成开发环境的应用,对IMA软件系统集成过程提出了一系列注意事项及相关实践说明。

同步语言Signal在综合航电系统建模仿真中的应用

为了辅助航空电子系统进行综合设计,提出了用Signal语言对新一代综合航电系统进行建模仿真和性能评估的方法。Signal语言是一种同步语言,它通过时钟推理机制来反映复杂系统的确定性、安全性、有界性等问题,能够直观地表示系统元素之间的约束关系及特性,通过构造同步实时评估模型来反映系统的实时性。基于ARINC653标准,对新一代模块化综合航电系统进行了建模仿真。

嵌入式实时分区操作系统中健康监控机制的设计与实现

在满足ARINC653标准的分区操作系统中,为了防止分区的运行受到其他分区故障的影响,所有分区公用的维护功能都集中在健康监控机制中。本文在深入研究健康监控的基础上,设计并实现了一种基于表驱动,按照系统状态和故障具体类型对故障进行分级处理的健康监控机制实现方法,可以有效地实现故障隔离和恢复。

嵌入式实时操作系统中系统调用方法的设计与实现

在高安全性的实时操作系统中支持两种运行形态:系统态和用户态。核心OS运行在系统态,应用运行在用户态。为有效保护核心OS的安全,用户态的应用通过系统调用的方式调用核心OS提供的功能接口。笔者在深入研究系统调用的基础上,设计并实现了一种系统调用方法。通过在某嵌入式实时操作系统中的实现,证明该方法是安全的、可行的、有效的。

航空电子领域虚拟化技术应用研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂,飞机对机载设备的计算力和功耗比要求不断提升,这也推动了嵌入式多核处理器的加速应用和普及。多核处理器在航空电子设备中的深入应用,随之而来的是运行的软件复杂度急剧上升。随着商用领域嵌入式虚拟化的出现,如何将该技术更有效的应用到航空电子领域,成为必须要研究的课题。本文结合航空电子本身的特点,概述航空电子多核处理器平台上嵌入式虚拟化的特征及应用思路,为航空电子领域虚拟化的技术研究提供参考。

ARINC653分区实时系统的可调度分析

ARINC 653规范定义了综合模块化航空电子(IMA)实时操作系统的行为逻辑以及向应用程序提供的接口规范。该规范规定了系统采用分区内调度和分区间调度的两级调度方案,如何分析系统的可调度性以保证实时任务能够在截止时间内完成计算是需要研究的新问题。基于负载请求与平台资源提供能力的供需约束关系导出了系统可调度的判定依据。证明了判据的约束是系统可调度的充分必要条件。实际应用表明,提出的可调度判定定理能够应用于判定ARINC 653分区实时系统的可调度性,辅助提升系统的安全属性。

嵌入式高可信架构中基于静态模型的调度研究

为解决嵌入式高可信软件架构中的实时调度问题,分析了现有采用分区机制的安全系统中分区调度的不足,提出了一种基于固定周期分区的静态调度模型,并采用优先级位图算法建立了两级调度机制。为了保障分区中任务的实时性和正确性,对分区中任务采用静态优先级和最早时限优先调度(EDF)动态优先级两种调度策略,分别就其任务调度条件和可调度性进行了理论研究,针对复杂的动态优先级任务提出了一种可调度条件,并通过仿真实验进一步验证了此调度条件的正确性。