机载嵌入式系统基准测试方法

性能评测是查找嵌入式计算机系统性能瓶颈、指导设备选型、平衡相关部件、优化系统结构以及提高系统实际性能的重要方法。在介绍了机载嵌入式计算机系统性能评测的指标和基本方法之后,重点分析了使用基准测试程序的测试方法和特点,以及基准测试方法的对比测试原理、不同测试环境的构建以及主要测试过程;选取了SPEC CPU 2000基准测试程序集针对机载嵌入式环境进行裁剪和移植,对某国产机载嵌入式实时操作系统分别以不同的嵌入式操作系统、嵌入式文件系统和编译选项为变量参数进行对比测试,得出了国产操作系统与国外同类商用操作系统运行实际应用程序的性能基本相当的结论,另外也得出文件系统对计算类基准程序的结果影响较小以及编译优化后能够大幅提高嵌入式系统性能等结论。     

嵌入式分区操作系统可靠性技术的研究与应用

嵌入式实时多分区操作系统是专门为新一代航空电子系统开发的,是支持综合化航空电子系统的嵌入式实时操作系统,该操作系统是基于分区的高安全、高可靠操作系统,其可靠性决定了运行在其上的应用软件的可靠性。从软件可靠性概念着手,深入研究了嵌入式实时多分区操作系统开发过程中涉及的可靠性设计技术,给出了软件可靠性应用的示例,并研究了操作系统软件研发中使用的可靠性管理方法,对软件的可靠性进行了总结。     

满足适航要求的嵌入式操作系统测试方法

以被定义为DO-178C Level A级软件的自主版权嵌入式实时操作系统为应用模型，提出了一种基于DO-178C标准的嵌入式实时操作系统的测试方法。提出的测试模式解决了操作系统内核在目标机中难以测试的问题，同时对操作系统在目标机环境进行测试的一些具体问题给出了解决方案。方法既适合现阶段国军标对软件测试提出的要求，又保证了嵌入式操作系统软件测试活动与适航要求的符合性。     

操作系统ARINC653标准符合性验证方法的研究

ARINC653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。     

嵌入式实时操作系统中的安全性考虑

在综合化航空电子系统中,嵌入式实时操作系统已被广泛采用,而操作系统保证应用软件的安全性,则是目前要解决的首要问题。对照国内外在高安全性、强实时系统上的先进技术和先进经验,本文着重讨论了嵌入式实时操作系统中解决数据安全性的几点考虑,主要集中介绍了软件的分层防御体系、分区管理和信息安全管理技术、分区间通讯的“虚通道”技术等,以确保综合化航电系统的信息及数据安全的机密性和完整性,达到主动防御的能力。     

操作系统实时性指标研究与测试结果分析

为研究操作系统的实时性能指标及其影响因素,以常用的实时操作系统与通用操作系统作比较,通过编写测试用例和测试程序,使用基于硬件的μs级计时器获得时间参考,测试出影响系统实时性相关的参数,并通过对比Windows和RTX+Windows的实时指标,评估系统的实时性能,结果为数值分析和研究报告。实时性测试方法可以使用户在特定的领域选择适用的实时操作系统。     

机载嵌入式计算机通用操作系统故障管理软件设计

提出了一种对机载嵌入式计算机中常见操作系统故障的监控和记录方法,结合记录操作系统和处理器的状态信息,同时考虑到在多种操作系统、处理器上的适应性,设计一套具有操作系统故障监控和状态信息记录功能的通用操作系统故障管理软件,提高机载嵌入式计算机的可维护性。     

月面仿人机器人实时控制系统设计

针对月面仿人机器人复杂运动控制面临的实时通信和控制问题,设计采用QNX实时操作系统和EtherCAT工业以太网相结合的机器人控制系统,并构建多线程实时控制系统框架。主要测试QNX操作系统在上下文切换、中断响应和时钟精度的实时性以及EtherCAT工业以太网的通信周期及其抖动,证明了QNX操作系统的实时性能显著优于Windows和Linux,实现了250μs的数据通信周期和1 ms的系统控制周期,并在仿人机器人WUKONG-II上开展了多线程控制程序框架的功能试验,实现3.24 km/h的平地快速跑动,验证了控制系统的实时性和有效性。     

机载嵌入式计算机通用操作系统故障管理软件设计

提出了一种对机载嵌入式计算机中常见操作系统故障的监控和记录方法,结合记录操作系统和处理 器的状态信息,同时考虑到在多种操作系统、处理器上的适应性,设计一套具有操作系统故障监控和状态信息 记录功能的通用操作系统故障管理软件,提高机载嵌入式计算机的可维护性。     

时间分区的设计与实现

为了满足新一代航空电子系统高度综合化、模块化的要求,在高安全实时操作系统中引入了分区（Partition）的概念。分区是运行于一个处理机模块上的一个或多个应用程序（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。分区操作系统根据预先定义的主时间框架内的时间窗口调度相应的分区,在分区的时间窗口内,每个分区按照分区内自己的调度策略调度分区内的进程。分区内的进程有周期进程和非周期进程两种类型,每个进程具有截止期属性,周期进程除了截止期还存在周期属性,当进程发生截止期超时或周期超时,操作系统需进行相应的超时处理。本文着重讨论符合ARINC653要求的时间分区的一种设计及实现方法,包括分区时间调度,进程截止期管理,周期进程调度,以及时间事件管理。     

一种基于实时性考虑的对称多处理机任务调度策略的设计

针对机载设备强实时性的特点,设计了一种对称多处理机任务调度策略.重点需要解决的问题是:就绪队列的设计和任务的分配.同时考虑多机带来的任务绑定,cache有效利用等问题.为了实现良好的系统性能,采取多种技巧提高系统的实时性,利用线程代替进程提高程序的并行度,运用代码的可重入性实现内核数据的完整性.     

嵌入式操作系统在航空液晶显示系统上的应用

介绍了嵌入式操作系统在航空液晶以示系统上的应用,从硬件设计和软件设计两个方面进行了分析,设计了基于飞思卡尔公司Power-PC755平台和VxWorks嵌入式操作系统的航空液晶显示系统。     

基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂，飞机对机载计算机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的深入应用，随之而来的是运行其上的软件复杂度急剧上升，面向应用的航电系统设计面临挑战。多核处理器平台由于需要面对并行、指令乱序、资源共享冲突等问题，而目前国内大多数机载嵌入式软件和驱动仍然是基于单核处理器设计和实现的，影响最大的是在机载嵌入式实时操作系统环境下的驱动软件，因此需要充分考虑多核带来的各方面影响，尤其是需要兼顾共享内存等资源的使用冲突和实时高效要求。本文结合机载航电多核处理平台的特点，提出了一种基于机载多核弱序存储模型的共享内存驱动软件设计方法，并基于该方法设计了FC 总线驱动和MBI 总线驱动，项目应用结果表明，设计的驱动程序在多核处理器平台上数据传输正确，验证了方法的正确性和有效性。     

基于Windows平台的嵌入式仿真适配技术研究

嵌入式操作系统因其强大的实时性能而被广泛采用,特别是在需要实时通信和任务处理的大型系统中。然而嵌入式操作系统的高价格和不友好的用户界面限制了应用范围。作为一种发展趋势,在通用桌面操作系统(如Windows和Linux)上构建实时应用程序、充分利用其友好的图形用户界面、具备良好的多任务处理性能和出色的硬件兼容性对提高普通桌面操作系统的实时性具有重要意义。在Windows系统上进行实时扩展,以改进其调度和任务处理兼容性。实验结果表明,该扩展对任务处理有很好的效果,可满足应用程序的实时性要求。     

机载嵌入式系统中的多核处理架构研究与分析

与单核处理器相比较，多核处理器在性能、功耗、体积以及重量各方面都有绝对的优势，这使得多核处理器在机载嵌入式系统中的应用成为必然趋势。在分析了航空电子系统的任务特点之后，介绍了两种最常见的多核处理器系统架构：对称多处理（SMP）和非对称多处理（AMP），对这两种系统架构在机载嵌入式系统的应用进行了研究分析，并分析了其关键技术对实时性、安全性和确定性的影响。     

VxWorks下飞机燃油分布式控制系统网络实时通信实现

介绍了VxWorks环境下下位机协调通讯多任务软件的设计方法。所设计的分布式控制系统经过多次循环通讯测试,表明具有实时性强、可靠性好的特点。     

基于GPU指令转发的虚拟化图形引擎设计及实现

为了满足机载座舱显控系统对图形引擎的性能要求，设计了一种基于半虚拟化的机载图形引擎实现方案，并在嵌入式平台上进行实现和测试.结果表明采用本文设计的虚拟化图形引擎，可以满足多个虚拟机同时使用GPU进行绘制的需求的同时，可以有效发挥多核CPU的性能,在提高了产品集成度的同时，显著提升了机载图形应用的性能。