IMA核心處理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

郭惠軍　賈蒙　李根　段譽(yù)

摘要：航空電子系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)伴隨著技術(shù)的發(fā)展朝著高度綜合化和模塊化方向迅速發(fā)展。主要體現(xiàn)如下：大量采用外場可更換模塊，系統(tǒng)高度模塊化;減少生命周期成本，提高任務(wù)執(zhí)行能力;實(shí)時性、健壯性要求更高;具有較強(qiáng)的容錯能力。本文分析了IMA系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，得出核心處理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)的兩個主要目標(biāo)：搭建可重構(gòu)的軟件框架;建立可重用的應(yīng)用程序組件。

關(guān)鍵字：應(yīng)用軟件層操作系統(tǒng)層模塊支持層IMA系統(tǒng)

引言

根據(jù)分層的軟件構(gòu)架理念，航空電子系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)可分為3層，對于塔式軟件系統(tǒng)3層結(jié)構(gòu)的每一個軟件層，在這個模型里，為了提供每層之間的獨(dú)立性，層與層之間通過標(biāo)準(zhǔn)的接口進(jìn)行通信。接口服務(wù)封裝在低一級的軟件層中，對于上一級的軟件層來說，，接口層提供了一種“虛擬機(jī)”，在這樣的環(huán)境下，每一個接口都提供了一套通用的服務(wù)和資源。

1應(yīng)用軟件層

最頂層，包括飛機(jī)具體的功能應(yīng)用軟件，這一層軟件包括與飛機(jī)任務(wù)和功能相關(guān)的各種軟件，其與硬件無關(guān)。本層又分為：

（1）功能應(yīng)用軟件：為完成各種任務(wù)而開發(fā)的應(yīng)用軟件。

（2）應(yīng)用管理軟件：用于實(shí)現(xiàn)任務(wù)/方式管理。

應(yīng)用層中每個功能應(yīng)用程序都完成特定功能。功能應(yīng)用程序處理由某傳感器或者其他功能應(yīng)用程序傳遞來的數(shù)據(jù)，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳送至作動器或者其他功能應(yīng)用程序。這種處理要求是實(shí)時的，即需要在規(guī)定的時間之內(nèi)完成。每個具體的功能應(yīng)用程序都能被劃分成若干個平行的處理單元對于某個功能應(yīng)用程序進(jìn)行任務(wù)劃分，需從整體上進(jìn)行規(guī)劃，并且要與網(wǎng)絡(luò)接口、處理過程、實(shí)時要求等具體要求緊密結(jié)合。每一個人物都有自己的運(yùn)行環(huán)境，任務(wù)間的信息交換在任務(wù)的輸入/輸出中處理。也可采取共享內(nèi)存的訪問方式，減少網(wǎng)絡(luò)通信流量。

所有的應(yīng)用軟件都駐留在應(yīng)用層，開發(fā)時于具體的硬件無關(guān)，通過標(biāo)準(zhǔn)的接口和其它層通信，從而達(dá)到軟件可重用的目的。

2操作系統(tǒng)層

操作系統(tǒng)層為中間層，提供為執(zhí)行應(yīng)用軟件和管理系統(tǒng)所需的所有功能，，其與飛機(jī)、硬件相互獨(dú)立。操作系統(tǒng)層負(fù)責(zé)處理所有的通信需求，為各種應(yīng)用程序提供執(zhí)行平臺，該層進(jìn)行機(jī)載資源的管理，按照優(yōu)級對各種任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和切換。操作系統(tǒng)層可以完成通用系統(tǒng)管理、任務(wù)執(zhí)行、任務(wù)監(jiān)控、資源監(jiān)控、通信服務(wù)和時間服務(wù)等功能。其包括了三個部分，操作系統(tǒng)，通用系統(tǒng)管理器，藍(lán)印系統(tǒng)。

（l）操作系統(tǒng)：提供為支持實(shí)時應(yīng)用執(zhí)行和有關(guān)的資源管理（例如：調(diào)度、通信服務(wù)、錯誤管理服務(wù)、系統(tǒng)安全服務(wù)、時間服務(wù)）所需的各種服務(wù)。

（2）通用系統(tǒng)管理（GSM）：適用于任何層次的資源管理，并提供健康監(jiān)視、故障管理、配制管理、安全管理等功能。

健康監(jiān)控：用于評估航電資源使用情況以及綜合區(qū)域和飛機(jī)的健康狀況，具體的功能取決于所運(yùn)行的系統(tǒng)層次。它主要作用在于監(jiān)控錯誤和故障，并將任何有關(guān)的故障信息傳遞給故障管理系統(tǒng)，以便對故障作進(jìn)一步的診斷與處理;

故障管理：用于定位、隔離和限制錯誤和故障，阻止錯誤的發(fā)生或者限制錯誤的擴(kuò)散，并且確保系統(tǒng)在發(fā)生錯誤后可以維持運(yùn)行一段必要的時間，已完成系統(tǒng)重構(gòu)或者降級等必要的安全處理;

配置管理：執(zhí)行初始系統(tǒng)配置，和后來由于飛行模式改變請求或故障/錯誤處理和系統(tǒng)的最終下電引起的重構(gòu)，以及系統(tǒng)關(guān)機(jī)等;

安全管理：負(fù)責(zé)系統(tǒng)安全策略的執(zhí)行，其職責(zé)是關(guān)鍵管理并且也必須能夠執(zhí)行安全的相關(guān)技術(shù)，包括編碼、解碼、認(rèn)證算法和密鑰管理。

3模塊支持層

模塊支持層為最底層，包括了基礎(chǔ)硬件的詳細(xì)情況，并提供對實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)層所需的底層資源的存取。模塊支持層提供下列服務(wù)：

（1）加載服務(wù)。數(shù)據(jù)處理模塊從通用系統(tǒng)管理獲取信息后，很具調(diào)度表利用本服務(wù)加載應(yīng)用軟件任務(wù)包。加載器通過通信服務(wù)和大容量存儲模塊進(jìn)行通信，交互參數(shù)包含需要加載的任務(wù)包的標(biāo)識，當(dāng)任務(wù)包接收完整后，操作系統(tǒng)在合適的內(nèi)存地址上進(jìn)行任務(wù)加載。

（2）通信服務(wù)。該服務(wù)包括創(chuàng)建虛擬通道銷毀虛擬通道、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和通信連接測試等。

（3）時間服務(wù)。提供自身硬件的日期/時間情況，向操作系統(tǒng)提供當(dāng)前時間，同時用于系統(tǒng)時間校準(zhǔn)。

（4）自測試服務(wù)。通過通用系統(tǒng)管理軟件或者本地故障管理軟件啟動，進(jìn)行模塊狀態(tài)檢測。包括自啟動的自測試和觸發(fā)自測試。

（5）模塊資源服務(wù)。將當(dāng)前模塊信息提供給操作系統(tǒng)。

4軟件體系與IMA系統(tǒng)的關(guān)系

三層塔式結(jié)構(gòu)軟件模型在執(zhí)行任務(wù)的時候，將加載到硬件模塊上，這些處理模塊包括數(shù)據(jù)處理模塊、信號處理模塊、圖像處理模塊、海量存儲模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊。對于網(wǎng)絡(luò)支持模塊，可以不需要支持完整的三層塔式軟件結(jié)構(gòu)，但必須提供完整的模塊支持層的功能，可以通過模塊支持層接口與其它模塊通信。

三層塔式軟件結(jié)構(gòu)將在模塊的初始化過程中加載到模塊的處理單元上，如圖1所示。

對于數(shù)據(jù)處理模塊，模塊里面包含多個微處理器，每一個微處理器都可以加載不同的軟件系統(tǒng)這些微處理器從邏輯上看是獨(dú)立的，整個模塊是由多個處理器組成的處理系統(tǒng)，對于信號處理模塊，模塊里面包含了若干信號處理器，在模塊的初始化過程中，將在一個處理器上搭建軟件系統(tǒng)，其余處理器完成信號處理的過程，在模塊的設(shè)計(jì)過程中，可以有區(qū)別的設(shè)計(jì)這兩種處理器，將DSP技術(shù)引入到設(shè)計(jì)過程，對于圖像處理模塊，與信號處理模塊類似，模塊包括若干圖像處理器，在初始化過程中，將在一個處理器上加載軟件系統(tǒng)，其余處理器完成具體的圖像運(yùn)算功能，在設(shè)計(jì)過程中，可以考慮采用不同的設(shè)計(jì)技術(shù)，讓圖像處理器更適用于圖像運(yùn)算處理，對于海量存儲模塊，將在處理單元加載軟件系統(tǒng)，在模塊初始化的過程中，海量存貯模塊將自動加載軟件系統(tǒng)并指導(dǎo)其他模塊完成初始化過程，對于電源轉(zhuǎn)換模塊，為了控制和監(jiān)控輸出去的每路電源狀況，也需要有一定的處理能力，在模塊中將包含微處理器，可以加載軟件系統(tǒng)。

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