基于网络演算的多窗口分区可调度性分析

ARINC653-2规范定义综合模块化航空电子（IMA）实时操作系统采用分区和任务两层调度方案,在该框架下的任务可调度性分析是保证航空电子系统实时性、可靠性的关键。目前的可调度性分析无法计算多窗口分区下任务最大响应时间（WCRT）。为此,基于网络演算模型对服务能力的封装,定义处理平台服务曲线为平台所能提供计算资源的服务函数,定义分区任务到达曲线为分区任务对平台计算资源的需求函数。分析处理平台的服务曲线和分区任务的到达曲线,计算得到任务的最大响应时间,继而进行可调度性判断,由此从服务能力和服务需求角度诠释分区系统任务最大响应时间分析的物理意义。设计了主时间框架下分区包含多个激活窗口的验证案例,结果表明：本方法可以得到与传统WCRT分析同等的精度,并且能够准确计算分区包含多激活窗口条件下的任务最大响应时间,实现了网络演算视角下分区系统可调度性的解释。     

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。     

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。     

航空电子系统分区间通信监控技术的研究和实现

当今基于ARINC653的综合化航空电子系统的应用日益广泛,分区作为ARINC653提出的任务调度和资源共享的核心概念,其相互间通信的可靠性和安全性成为航空电子系统要解决的重要问题.详细阐述了分区间通信监视的原理,并给出了一种可行的分区间通信监视器设计和实现方案.应用表明分区间通信监视器极大地改善和提高了航空电子系统的通信监控能力,为通信故障诊断和分析提供了依据.     

分区操作系统远程系统浏览器

满足ARINC 653标准的嵌入式实时分区操作系统内部提供了多种系统对象,远程系统浏览器是系统开发者在宿主机端查看这些系统对象的最简便快捷的开发工具。描述了分区操作系统信息组织形式和远程信息协议及远程系统浏览器的工作流程。提出了一种基于Eclipse和RSE的远程系统浏览器的系统结构,以及各结构部分的功能。方便系统开发者在宿主机端交叉开发在目标机上运行的分区操作系统系统软件及应用软件。     

ARINC 653─实现软件重用

软件重用模块电子ARINC653（APEX）规范的主要目标,是通过为应用软件提供标准的操作环境来实现软件重用。软件重用可由两种方式实现：①由重用操作系统,该系统通过应用频谱提供一些通用功能,如健康监控、过程管理、通信原理;②由重用提供航空电子应用功能的应用软件。通过在应用和操作系统之间提供标准的接口,ARINC653促进这两种形式的重用。由于操作系统与基础硬件平台自然紧密地连接在一起,所以操作系统的重用限制了应用相同硬件的模块,除非能严格地确定一种象COEX（核执行接口）这样的新型标准。应用软件通常取决于实际的…     

ARINC659背板数据总线应用研究

ARINC659背板数据总线是一种高可用、高完整、支持鲁棒的时间分区和空间分区的容错串行总线,它是ARINC651标准定义的综合化模块化航空电子系统的关键技术。深入分析了航空电子系统综合化对背板总线的要求,概述了ARINC659背板数据总线体系结构、介质访问机制、同步机制等规范,详细介绍了ARINC659背板数据总线的典型应用系统,探讨了ARINC659背板数据总线特性与应用前景。     

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。     

基于TTE网络的分布式系统分区同步方法

先进分布式综合飞行器管理系统对通信网络的实时性和确定性有严格要求。研究了时间触发以太网(TTE)的同步服务、提出了在符合ARINC653标准的分区操作系统下,基于TTE网络的分布式系统分区同步方法,建立分区同步测试平台,并对分区同步精度进行测试分析。测试结果表明,基于TTE网络的分布式系统分区同步的精度和抖动均可达到μs级,可满足先进分布式综合飞行器管理系统的网络时间同步的要求。     

基于TTE网络的分布式系统分区通信方法

针对新一代分布式IVMS及高可靠航电系统对通信网络的确定性通信要求，分析了符合ARINC653标准的分区间通信原理，研究TTE端系统缓冲方案，设计了分区间TTE通信映射配置，实现了分区间TTE通信驱动，建立了分区间TTE通信测试平台，通过实际测试表明，基于TTE网络的分布式系统分区通信方案有效可靠。     

A hazard analysis via an improved timed colored petri net with time–space coupling safety constraint

Petri nets are graphical and mathematical tools that are applicable to many systems for modeling, simulation, and analysis. With the emergence of the concept of partitioning in time and space domains proposed in avionics application standard software interface(ARINC 653), it has become difficult to analyze time–space coupling hazards resulting from resource partitioning using classical or advanced Petri nets. In this paper, we propose a time–space coupling safety constraint and an improved timed colored Petri net with imposed time–space coupling safety constraints(TCCP-NET) to fill this requirement gap. Time–space coupling hazard analysis is conducted in three steps: specification modeling, simulation execution, and results analysis. A TCCP-NET is employed to model and analyze integrated modular avionics(IMA), a real-time, safety-critical system. The analysis results are used to verify whether there exist time–space coupling hazards at runtime. The method we propose demonstrates superior modeling of safety-critical real-time systems as it can specify resource allocations in both time and space domains. TCCP-NETs can effectively detect underlying time–space coupling hazards.     

航空电子系统混合实时任务的双层调度

针对航空电子系统的实时性需求,提出满足综合模块化航空电子(IMA)构架的双层任务调度算法.通过加权轮转调度激活分区,并为分区提供固定的时间窗口,增强了系统的可预测性;分区内部采用可抢占的固定优先级调度,减少了高优先级任务的响应时间.算法支持混合任务集的调度:对周期的强实时任务,建立具有任意时限的任务模型,增强了模型的通...     

符合ARINC661规范的DF文件生成技术的研究与应用

ARINC661规范定义了飞机座舱显示系统和用户应用之间的接口。它彻底解除了显示系统逻辑处理和图形显示的耦合关系,具有很好的灵活性、开放性和实用性,已逐步发展成为飞机座舱显示系统的行业标准。本文提出了一种符合ARINC661规范的DF文件的生成技术,并基于该技术完成了DF文件生成工具的开发。     

综合模块化航空电子系统节能分层调度的设计(英文)

近年来,综合模块化航空电子(Integrated Modular Avionics,IMA)构架逐渐流行,并通过引入资源分区的概念取代了传统的联合式系统构架。研究了IMA构架下分层调度的设计问题。调度模型通过强时间分区,使多个强实时应用方便地集成在一个单处理器平台。推导出分区周期、分区系数以及可调度性在实时条件下的数学关系,并提出了分区参数的优化算法。考虑具有任意时限的实时任务模型,提高了算法的通用性。在分层调度的基础上,通过有效利用松弛时间,提出一种能量优化方法,进一步减少了飞行器上嵌入式系统的能耗。实验结果表明,本文提出的系统设计方法在保证硬实时需求的基础上,有效的降低能耗达 14%。     

Incremental certification and Integrated Modular Avionics

When designing Integrated Modular Avionics (IMA) systems, the traditional design life cycle must be adapted and rearranged to allow multiple vendors to contribute not only to the systems design, but also to the safety case for the system. Simply using guidelines from the DO-178B and the ARINC 653 standards does not guarantee that one will be able to have multiple applications running at different safety criticality levels. One needs to be able to merge applications written by different vendors, reuse applications from previous projects, and integrate different safety requirements while constructing a safety case for the overall IMA system. This, of course, must be done within a constrained budget that includes potential costs associated with changing program requirements. In order to achieve these goals, the design life cycle must be constructed in a way that allows for configuration and build partitioning of these applications, in parallel with the IMA platform itself and the overall systems integration. This investigates how the ARINC 653 standard can be used to provide this application and safety criticality level independence using guidelines from DO-178 and DO-297. It explores the use of qualified XML-based configuration tools, the emerging ARINC 653 Supplement 3 XML Schema design and shows the importance of configuration and build partitioning.     

基于单片机的ARINC429校准用信号源设计研究

在对ARINC429总线规范和校准方法分析的基础上,提出一种基于单片机的ARINC429校准用信号源的设计方案,并利用实验对其可行性进行了分析。     

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。