IMA双层调度算法中的任务可调度性分析方法

任务可调度性分析是综合模块化航电(IMA)系统双层调度算法研究中的一个关键问题。针对这个问题,首先剖析了单分区调度系统中任务精确响应时间计算方法所具有的计算复杂度高以及计算函数不连续等局限性;然后提出了一种计算任务响应时间上限的快速方法,分析该计算方法的推导过程,得到了双层调度情况下任务响应时间上限的计算方法,并由此推演出任务可调度性分析方法和分区参数设计方法;最后通过计算机仿真实验,分别使用定量的响应时间上限相对误差法以及定性的资源放大分析法考察了系统任务数量以及系统利用率对文中提出的响应时间上限计算方法精度的影响程度,并得到了该方法取得较高应用精度的可行性条件。     

ARINC 653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。     

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...     

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。     

一种多核分区操作系统的绑定组调度方法

伴随机载计算平台对算力提升的显著需求,综合化模块化航空电子系统(IMA)采用多核处理器和相应的多核分区操作系统成为必然趋势,从而对目前仅适用于单核处理模式的多分区调度算法产生了进一步的能力扩展需求。面向多核处理的多分区调度算法需要在发挥多核处理效能的同时,继续维持机载安全关键系统的实时性和确定性特征。为此,提出一种基于...     

基于多分区操作系统的多核确定性调度方法设计

为提高多分区操作系统环境下多核处理器的应用带来的操作系统任务调度的确定性,研究了多分环境下多核操作系统结构,从处理器核心和分区的资源分配和分区调度表的时间同步角度出发,采用了静态配置、处理器绑定和时间窗口调度方法,实现了处理器资源的确定性分配,解决了调度表之间的时间同步问题。测试结果表明,方法有效提高了分区环境下多核操作系统任务调度的确定性。     

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%。     

基于随机网络演算的TTE网络时延分析

时间触发以太网(TTE)是一种新颖的混合型时间触发和事件触发的通信网络,通过引入时间触发(TT)流量,增强了航空电子全双工(AFDX)交换式以太网的确定性。虽然TT流量具有完全的时间确定性,但是与AFDX中虚拟链路(VL)兼容的速率约束(RC)流量仍具有一定非确定性。传统用于AFDX网络实时性能分析的方法在考虑TT流量固定分区调度时隙的影响下已不再适用,为了保障RC流量的实时性能,分别提出了基于确定性网络演算和随机网络演算两种延迟分析模型。在确定性网络演算下,通过构造TT流量的聚合到达曲线和RC流量的服务曲线以得到RC的确定性延迟上界;在随机网络演算下,通过切诺夫(Chernoff)边界定理构造RC流量的两状态伯努利分布模型,得到概率保证下的延迟上界。对比实验结果表明:随机网络演算模型可以有效减小确定性网络演算模型对RC流量性能分析的悲观性,同时从一定程度上验证了两种理论分析模型的正确性。     

面向服务的先进航空电子系统架构研究

针对未来复杂战场上航空装备与协同平台任务统一调度、软件灵活部署、资源统一管理等发展需求,在分析航空电子系统架构发展趋势的基础上,提出了面向服务的先进航空电子系统架构,定义了航空电子系统的服务组件和管理框架,并对该架构在创新研发模式、使用模式、保障模式等方面的收益进行了分析。     

高安全分区信息物理系统的仿真验证研究

信息物理系统(CPS)强调借助网络对物理世界的感知和控制,往往系统规模较大、结构复杂,通常重视对系统开发前、中期的验证工作,而高安全的CPS对验证的要求更高。在实现分区调度、通信等服务的基础上,通过构建Windows平台上的模拟分区环境,我们完成了某高安全信息物理系统的建模,检验系统设计的可调度性、故障恢复能力等行为特性,从而验证了研究方法的合理性和正确性。     

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。     

分布式IMA的网络分区方法及其实时性能分析

 针对分布式综合模块化航空电子(IMA)体系结构,在时间、空间分区以及带宽分区的基础上,提出了网络分区的概念,并建立了相应的网络模型、消息模型、流量模型及调度模型。利用网络演算方法,推导了航空电子混合消息集在网络分区下端到端(ETE)延迟的计算公式;搭建典型网络,通过理论计算对比了网络分区与带宽分区的实时性能。计算结果表明:网络分区下两条硬实时数据流的延迟较带宽分区分别降低了33.5%和74.2%;而弱硬实时与软实时数据流的延迟增加约30%。最后通过OPNET仿真对理论分析所得结果进行了验证,证明网络分区方法符合分布式IMA的分布式架构要求,并满足了系统混合关键性的需求。     

基于静态优先级的调度

应用实时系统,如航空电子系统,不仅要满足调度任务的强实时约束,而且要具有较强的系统功能,即需要较高的系统任务可调度利用率。本文首先给出实时任务调度算法的分类及基于优先级调度算法的性能分析;然后详细描述了静态优先级任务系统的调度算法,以及在诸如航空电子系统数据传输网络设计中调度方案的选择。     

基于时钟驱动的循环调度

实时系统,诸如航空电子系统、空中交通控制系统(Air Traffic Control: ATC)等,从本质上说都是一种分布式实时系统,从理论上说,它们由三种类型的处理器组成,包括数据控制处理器、数据传输处理器和数据处理器.无论是数据控制处理器和数据处理器的数据计算任务,还是数据传输处理器的数据传输任务,它们的执行都必须满足任务的时间约束要求,从而正确完成系统设计的各项应用任务.本文将描述基于时钟驱动的循环调度策略,它不仅适用于对数据计算任务的实时调度,也适用于对数据传输任务的实时调度,最后,分析了此调度策略应用中存在的优势与劣势.     

基于多Agent的柔性作业车间动态调度方法研究

为提高调度策略对工件到达密度变化的适应能力,对柔性作业车间内的动态调度方法进行了研究。首先根据调研结果以及Agent建模方法构建了基于多Agent系统的柔性制造动态调度系统;然后结合柔性制造背景下的复杂结构件加工特点对调度过程中任务分解、机床选择、任务分配3个步骤的运行机制进行了改进,形成了基于工序块的任务分解机制、基于加工精度的机床选择机制以及基于调度规则的动态时间窗调度方法;最后通过试验验证了该动态调度方法在工件到达密度变化场景下的可行性,对当前实际的柔性作业车间生产活动具有一定的指导意义。     

基于任务聚类的多星观测调度方法

星上传感器侧摆次数有限,在卫星观测调度时进行任务聚类可以节省资源,提高观测效率.提出了动态聚类调度算法(DCSA)来解决多星多轨道圈次的观测调度问题,DCSA把聚类和调度动态结合起来,并使用模拟退火算法搜索全局最优解;分析了在满足分辨率需求前提下多任务聚类的约束条件,并对聚类任务的侧摆角度和时间窗口进行合理优化;根据任...     

基于出动方式的舰载机航空保障调度模型

为了有效解决舰载机航空保障调度问题,分析了舰载机的出动方式;根据不同出动方式下舰载机所需航空保障组织实施方式的不同,在合理假设、适当简化的基础上,建立了两种出动方式下舰载机的航空保障调度模型,为深入研究舰载机航空保障调度问题奠定了基础。     

飞机地面除冰运行决策模型研究

对飞机地面除冰过程进行了分析,提出了一种包含航空公司、地面服务公司、机场除冰指挥三类Agent的多Agent飞机除冰调度模型．模型中每类Agent均采用归类式Agent结构。给出三类Agent的行为规则,按照“优先级高先服务”的原则为航班分配除冰资源。运用JADE软件开发框架开发Agent智能体,并就模型的可靠性、公平性、资源效用性进行了仿真研究,仿真结果验证了该模型的有效性.     

多星测控调度问题综述

多星测控调度问题是指对多颗卫星和地面站之间的测控任务进行调度,是一类高约束、高计算复杂度的任务资源分配问题。本文对国内外相关领域研究情况进行了探讨,从问题的模型描述、解决算法以及最终方案优化等方面,对多星测控调度问题的研究情况进行了分析和总结。在此基础上指出多星测控调度问题的发展趋势。     

航空电子微距太赫兹互连DRR访问容量分析

为了减轻机载电子系统线缆和连接器的重量,减小其体积并降低维护成本,在航空电子组件的电路板或芯片之间,可以采用太赫兹通信技术实现厘米量级的微距互连。采用开关键控（OOK）调制和非相干解调实现点到点太赫兹互连,给出了数据速率、数据包长度等参数的设计方法,进而构建包含用户节点和簇头节点的半双工多路访问分簇网络架构。在簇内用户节点到簇头节点的介质访问控制协议中采用赤字轮询（DRR）机制,并采用随机网络演算（SNC）方法得到概率保证意义下多路访问的有效服务容量,分析了阻塞干扰对DRR服务曲线的影响。分析和算例表明,DRR访问在保证实时性能界限的条件下兼顾了多路访问的灵活性,满足航空电子微小型化组件之间太赫兹通信和分簇组网的需求。