摘要：高可靠性和安全性是飛控系統(tǒng)內(nèi)部最重要的要求之一，而如今多數(shù)飛控系統(tǒng)軟件內(nèi)部的規(guī)模會(huì)對(duì)系統(tǒng)的安全性造成巨大的影響。在此背景下，多數(shù)人都需要直接探討直升飛控實(shí)時(shí)分區(qū)操作系統(tǒng)進(jìn)行具體分析，為的是給更多人以更加實(shí)際的參考性意見(jiàn)。

　　關(guān)鍵詞：直升機(jī)飛控;實(shí)時(shí)分區(qū)操作系統(tǒng);探討策略

　　隨著芯片和微電子技術(shù)在航空技術(shù)領(lǐng)域不斷地向前發(fā)展，新型的直升機(jī)內(nèi)部的軟件功能正變得越來(lái)越豐富，實(shí)際更會(huì)對(duì)飛控系統(tǒng)內(nèi)部的可靠性提出更高的要求。但是目前多數(shù)內(nèi)核飛控系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)非常龐大，內(nèi)部的耦合度也相對(duì)較高，實(shí)際也無(wú)法對(duì)飛行的安全性提出更高的要求。但是多數(shù)實(shí)時(shí)分區(qū)操作系統(tǒng)內(nèi)部的安全性、高可靠性和其他不同的特點(diǎn)也成為了航空操作系統(tǒng)內(nèi)部的熱點(diǎn)。基于此，本文重點(diǎn)分析直升機(jī)飛控實(shí)時(shí)分區(qū)操作系統(tǒng)內(nèi)部的內(nèi)容。

　　1.實(shí)時(shí)分區(qū)操作系統(tǒng)自身的額工作原理

　　常規(guī)的實(shí)時(shí)分區(qū)操作系統(tǒng)是以ARINC653為規(guī)范的操作系統(tǒng)，為的是更好地開發(fā)出飛控系統(tǒng)中存在的分區(qū)、調(diào)度、故障監(jiān)控和其他不同的功能，最終為的是將不同子系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)用程序運(yùn)用不同的形式結(jié)合在同一個(gè)處理器內(nèi)部。實(shí)踐中每個(gè)分區(qū)內(nèi)部都有較為獨(dú)立的計(jì)算機(jī)資源，為的是在保證分區(qū)、物理空間和時(shí)間等內(nèi)容的基礎(chǔ)上讓不同的飛控子系統(tǒng)都相互獨(dú)立，最終才能夠整個(gè)飛控系統(tǒng)變得更加高效和可靠[1]。

　　2.飛控操作系統(tǒng)分區(qū)設(shè)計(jì)考慮

　　2.1飛控操作系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)考慮

　　多數(shù)飛控操作系統(tǒng)的都顯得非常安全可靠，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能將微型結(jié)構(gòu)和計(jì)算機(jī)特權(quán)態(tài)操作系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)相互融合，并盡可能地減少其內(nèi)部存在的功能，更多時(shí)則需要將功能和應(yīng)用程序操作系統(tǒng)的外圍不斷地貼近。在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中如果能夠?qū)⑽⒑私Y(jié)構(gòu)融入飛控操作系統(tǒng)內(nèi)部則會(huì)帶來(lái)如下幾點(diǎn)好處：

　　第一，多數(shù)操作系統(tǒng)內(nèi)部顯得更加可靠和安全，實(shí)際測(cè)試的過(guò)程也顯得更加安全。第二，整個(gè)操作系統(tǒng)可以在較短的時(shí)間內(nèi)被裁剪掉，因此在具體和飛控結(jié)構(gòu)有效地進(jìn)行結(jié)合時(shí)自然就可以在第一時(shí)間裁剪掉沒(méi)有必要存在的操作系統(tǒng)模塊，并通過(guò)消除飛控軟件內(nèi)部的代碼來(lái)使得整體結(jié)構(gòu)變得更加安全。

　　2.2余度管理支撐設(shè)計(jì)考慮

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)飛控操作系統(tǒng)余度管理能力時(shí)需要同時(shí)考慮不同的余度配置結(jié)構(gòu)，常規(guī)的飛控系統(tǒng)中主要配置了不同種類的配置結(jié)構(gòu)以及集中式的余度結(jié)構(gòu)。實(shí)踐中先需要對(duì)兩種不同余度結(jié)構(gòu)下的管理功能進(jìn)行分析和概括，之后才能夠在飛控系統(tǒng)中更好地設(shè)計(jì)出合適的機(jī)制。

　　3分區(qū)軟件結(jié)構(gòu)

　　3.1分區(qū)操作系統(tǒng)

　　常規(guī)的分區(qū)操作系統(tǒng)主要是由如下三個(gè)不同的部分組成：

　　3.1.1分區(qū)管理

　　只有借助良好的分區(qū)管理方式才能夠使得不同類型的操作系統(tǒng)可以在空間和時(shí)間上相互得以隔離，并讓更多實(shí)際應(yīng)用的內(nèi)容可以發(fā)揮更大的作用。從空間看，可以通過(guò)存在不同存儲(chǔ)器內(nèi)部的掛歷單元來(lái)高效地實(shí)現(xiàn)物理隔離，之后不同分區(qū)之間其實(shí)并不存在可以共享的分區(qū)，最終實(shí)現(xiàn)高效獨(dú)立運(yùn)行。從時(shí)間系統(tǒng)的角度看，專業(yè)人員可以在分析合適的時(shí)間調(diào)度表的基礎(chǔ)上來(lái)改變分區(qū)執(zhí)行的順序[2]。在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)不同類型的應(yīng)用分區(qū)都會(huì)獲得合適的時(shí)間窗口，同時(shí)更會(huì)在被分配的規(guī)定時(shí)間內(nèi)有效地運(yùn)行。如果內(nèi)部的時(shí)間片出現(xiàn)了相互切換的現(xiàn)象，系統(tǒng)實(shí)際也會(huì)直接被調(diào)整到下一個(gè)分區(qū)內(nèi)部。

　　3.1.2分區(qū)通信

　　讓多個(gè)分區(qū)之間有效地實(shí)現(xiàn)高效通信才是分區(qū)通信的本質(zhì)，實(shí)際更需要依賴核心的操作系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)高效通信。在實(shí)際進(jìn)行分區(qū)通信時(shí)專業(yè)人員可以通過(guò)將消息、端口和通道有效地聯(lián)合在一起來(lái)更好地交換其他數(shù)據(jù)，更可以通過(guò)直接和外部存在的IO設(shè)備來(lái)交換數(shù)據(jù)。于是，更多的消息會(huì)先從一個(gè)端口出發(fā)，再讓另外一個(gè)端口直接接收。實(shí)踐中用戶可以通過(guò)配置不同的端口來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)分區(qū)通信。但是不同的通道對(duì)于每一個(gè)用戶而言都是透明的存在。

　　3.2核心分區(qū)操作系統(tǒng)

　　每一個(gè)不同的核心分區(qū)操作系統(tǒng)都是存在于分區(qū)內(nèi)部的管理者，其內(nèi)部存在共享資源主要是由中斷、定時(shí)器、內(nèi)存和IO服務(wù)器構(gòu)成，實(shí)際也可以在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部更好地實(shí)現(xiàn)分區(qū)管理和調(diào)度監(jiān)控。最核心的操作系統(tǒng)則可以將不同的應(yīng)用直接隔離在不同的分區(qū)內(nèi)部，并根據(jù)時(shí)間調(diào)度表內(nèi)部的內(nèi)容來(lái)分派到不同的時(shí)間窗口內(nèi)部。實(shí)踐中更可以在分析健康機(jī)制的基礎(chǔ)上直接處理異常情況，最終才能夠?yàn)檎麄�(gè)應(yīng)用的過(guò)程提供一定的支持。

　　3.3分區(qū)隔離保護(hù)設(shè)計(jì)考慮

　　在實(shí)際進(jìn)行分區(qū)隔離保護(hù)時(shí)，專業(yè)人員需要在分析合適的ARINC653標(biāo)準(zhǔn)來(lái)更好地進(jìn)行分區(qū)定義，并充分動(dòng)用目前存在的32位通用處理器來(lái)直接設(shè)計(jì)分區(qū)隔離保護(hù)功能。在真正進(jìn)行分區(qū)運(yùn)行時(shí)間隔離時(shí)，專業(yè)的人員需要通過(guò)全方位利用處理器和CACHE的能力來(lái)提升實(shí)踐效率。

　　3.4分區(qū)間通信設(shè)計(jì)

　　可以采用多種方式來(lái)分區(qū)間通信，其中存在的共享內(nèi)存機(jī)制是一種比較常用的通信方式。使用這種方式會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)破壞分區(qū)空間內(nèi)部的個(gè)理性。因此，專業(yè)人員可以通過(guò)設(shè)置合理的訪問(wèn)權(quán)限來(lái)避免破壞整個(gè)空間。此外，這種實(shí)際存在的機(jī)制可以在第一時(shí)間避免整個(gè)空間的隔離性被破壞，真正使用時(shí)將顯得非常不方便。等到真正實(shí)踐時(shí)專業(yè)人員更可以有效地將存在于底層的機(jī)制設(shè)置為靜態(tài)配置的方式，最終才能夠更好地提升數(shù)據(jù)通信的能力。

　　4.直升機(jī)飛控的實(shí)時(shí)分區(qū)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

　　從上述的分析出發(fā)可以研制出合適的DeltaSVM飛控操作系統(tǒng)。此操作系統(tǒng)內(nèi)部主要是由SVMK、KBSP、RTL和VBSP等不同的應(yīng)用軟件組成。其中存在的安全虛擬機(jī)內(nèi)核和板級(jí)支持中，核心態(tài)的支持將會(huì)發(fā)揮重要的作用，分區(qū)內(nèi)部的其他不同部分都在發(fā)揮重要的作用[3]。

　　當(dāng)然這樣一個(gè)DeltaSVM技術(shù)和研制單位在服務(wù)能力方面還可以有效地滿足包括余度管理支撐、分區(qū)隔離保護(hù)、分區(qū)通信、全靜態(tài)配置和其他不同方面的需求。目前這樣一種系統(tǒng)已經(jīng)在VMS系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

　　5.飛控操作系統(tǒng)分區(qū)應(yīng)用展望

　　未來(lái)飛控操作系統(tǒng)分區(qū)應(yīng)用主要是由如下幾個(gè)方面組成：

　　第一，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，多核處理器已經(jīng)成為了存在于桌面上的一種主流服務(wù)器，勢(shì)必未來(lái)也會(huì)在嵌入式領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。可以看出多核技術(shù)在實(shí)際擁有更多的計(jì)算性能和并行處理能力的基礎(chǔ)上也可以讓軟件變得更加可靠。未來(lái)，專業(yè)人員需要先針對(duì)飛控操作系統(tǒng)進(jìn)行有效的研究，再通過(guò)有效地支持多核處理器來(lái)讓整個(gè)軟件系統(tǒng)變得更加安全可靠。

　　第二，有效地滿足適航的有關(guān)要求[4]。目前，國(guó)外存在的飛控操作兄臺(tái)那個(gè)都能夠更好地符合適航的要求，具體可以借助合適的飛控系統(tǒng)來(lái)提升適航認(rèn)證的性能，諸多飛控操作系統(tǒng)和軟件都會(huì)在第一時(shí)間通過(guò)與DO-178B/C相關(guān)的審查。但是存在于國(guó)內(nèi)的飛控操作系統(tǒng)目前還沒(méi)有符合相關(guān)的條件。因此，更多專業(yè)的人員需要在掌握系統(tǒng)軟件內(nèi)合適的設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上來(lái)開發(fā)更多不同類型的材料。

　　電力論文投稿刊物：電訊技術(shù)主要刊登涉及下列應(yīng)用方向和技術(shù)領(lǐng)域的述評(píng)、論文、新概念新技術(shù)新產(chǎn)品介紹：電子系統(tǒng)工程;通信;導(dǎo)航;識(shí)別;飛行器測(cè)控;衛(wèi)星應(yīng)用;雷達(dá);信息戰(zhàn);共性技術(shù)(包括天線、射頻電路、信號(hào)處理、信息處理、監(jiān)視與控制、時(shí)間與頻率、先進(jìn)制造、電磁兼容、測(cè)試與試驗(yàn)、可靠性與維修性、軟件工程化、綜合保障等)，包括科研成果的學(xué)術(shù)性總結(jié)、新技術(shù)、新工藝的論述、國(guó)內(nèi)外科技動(dòng)態(tài)的綜合評(píng)述，以及實(shí)用性電子技術(shù)方面的的內(nèi)容。

　　6.結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，實(shí)時(shí)分區(qū)操作系統(tǒng)一直都是存在于直升機(jī)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)部不可缺少的技術(shù)。實(shí)際這種技術(shù)會(huì)將內(nèi)部的單一內(nèi)核改為低耦合狀態(tài)，并借助分區(qū)應(yīng)用隔離來(lái)提升直升機(jī)飛控系統(tǒng)的可靠性。因此在實(shí)踐中自然可以滿足綜合模塊的要求。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 張明,周琳.基于 VxWorks653 分區(qū)操作系統(tǒng)的 IMA 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].火力與指揮控制,2017(5)：59-64

　　[2] 李健,張激,施剛.面向航空電子的分區(qū)操作系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程,2017(5)：69-74

　　[3] 陳娟.ARINC653 分區(qū)操作系統(tǒng)在綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電訊技術(shù),2018(5)：169-174

　　[4] 陳宗基,張汝麟,張平等.飛行器控制面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn).自動(dòng)化學(xué)報(bào),2017(5):69-74

　　作者：薛大慶