分区内进程管理的设计与实现

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。分区由一个或多个进程组成,每个进程隶属于特定的分区,各进程之间按照一定的调度策略并发执行。依据微内核的体系结构,本文着重讨论了分区内进程管理方法,涉及进程优先级调度实现、虚中断响应、进程截止期处理和周期进程管理。     

分区间通信在航空电子系统中的设计与实现

新一代航空电子系统是一种高度综合化、模块化的系统,为了确保系统工作的安全、可靠,必须有高安全性的实时操作系统支持。在高安全性的实时操作系统中提出了分区(Partition)的概念,原有的“子系统”概念已由硬件实体演变为软的“子系统”。分区是运行于一个处理机模块上的多个应用程序(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,当一个分区内的应用发生错误时,在时间和空间上都不会影响到别的分区的执行。为了适应分区间隔离的需要,应用程序之间的通信由传统的进程间通信方式变为分区间的通信方式,本文着重介绍了自主版权操作系统(ACoreOS653)中满足ARINC653要求的分区间通信的设计与实现方法。     

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。     

时间触发以太网同步及调度机制的研究

说明并分析时间触发以太网（1TrE,Time—Triggered—Ethernet）的时间同步机制,对于采用时间触发机制调度的周期性任务,提出生成周期调度时刻表的方法,利用方法可以根据离线生成的调度时刻表进行调度,也可以动态地将通信任务加入或撤出调度时刻表,调度时刻袁的设计避免时间触发的数据包争用物理链路。构造相应的网络通信场景,通过生成调度时刻表的算例与仿真结果进行了验证。     

机载嵌入式实时操作系统时间性能测试

在机载嵌入式实时操作系统中,时间性能是一个非常重要的参数.为了评估机载嵌入式实时操作系统的实时性,同时为用户提供操作系统的时间性能参数,本文介绍了支持分区的机载嵌入式实时操作系统中特有的影响时间性能的关键因素--错误响应时间,分区间数据交换时间,进程上下文切换时间,分区上下文切换时间;给出了操作系统时间性能测试的方法,着重分析了计时工具,测试用例的设计,测试点的选取,以及排除影响测试准确行的因素.     

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。     

应用离屏DC实现窗口无闪烁图像显示技术

基于Microsoft Windows应用程序，当窗口内容不断刷新时总是会产生闪烁现象。特别针对立体图像对窗口显示，要求在屏幕回扫周期内完成窗口图像的切换刷新，必须避免闪烁现象的发生。通过分析Microsoft Windows设备描述表（DC）和WM＿PAINT消息机制，介绍了一种应用离屏DC实现窗口无闪烁图像显示的技术，并给出了基于MFC的实现类。     

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。     

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...     

基于国产Linux平台的设备管理软件设计与实现

针对国产Linux操作系统不能提供高精度时间,也不能实时响应外部事件的问题,设计和实现了时统中断设备管理软件.该软件采用内核模块技术管理设备,利用设备的中断信号调度应用程序,并为应用程序提供高精度的统一时间.为提高外部中断事件的响应时间,时统中断设备管理程序采用tasklet机制管理中断,为不同的中断事件建立不同的管理队列,采用较小粒度的旋转锁以提高代码的并发性.时统中断设备管理程序能为应用程序提供μs级精度的精确时间,中断响应时间为10 μs级.经过长时间测试,系统运行稳定可靠,开销小,功能和性能都满足工程需求.     

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。     

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。     

状态转移链法——不可修的马氏型系统的可靠性分析

 对于不可修的马氏型系统,本文论证了加性定理,把求瞬时概率p_j（t）转化为求它在各条状态转移链上的分量。本文还导出了计算分量的一组公式,从而论证了状态转移链法。它可以预测复杂系统的可靠性,还可以预测由于系统使用一段时间或者由于某些单元失效导致的可靠性的变化。     

多输入一多输出频响函数估计

以有限富氏变换为基础,研究多输入-多输出频响函数估计的一般原理。讨论了各种可能的输入形式,其中确定性信号输入是一种新方法。它在试验时间、数据采集和处理量、识别精度等方面都比目前流行的随机输入要好;硬件配置也较简单,甚至可以只用双通道FFT分析仪来实现。 以上述理论为基础发展了在PDP11/23微机上运行的6输入-多输出频响函数估计程序,可以选择4种工作方式:（1）确定性;（2）周期随机;（3）瞬态随机;（4）连续随机激励。在自由-自由梁和直升机尾桨等实物上的实验应用成功。结果表明,采用确定性输入最好。     

一类具有时滞的细胞繁殖模型的正周期解的存在性

研究了一类血红细胞生存模型的时滞微分方程y（t）=-a（t）y（t）＋6（t）e^-r（t）y（r-τ（t））,t≥0的正周期解的存在性,给出其存在的充分条件。     

基于CFD技术的叶片颤振分析

采用CFD技术,引入等叶片间相位角假设,运用非耦合的能量法,研究了典型叶轮机叶片的颤振特性。采用有限体积法求解NS方程,运用SST湍流模型,通过恒定叶间相位角简化叶轮机流场,计算了NASARotor67和STCF4（the Fourth Standard Configuration）的振动叶片的流场特性。计算表明：转子67采用碳钢材料时,在效率峰值的工况下,叶片不会发生颤振;而STCF4在一阶弯曲振动中会出现不稳定;叶间相位角（IBPA）对振动叶片的气动弹性稳定性有明显的影响。     

谐波平衡法在非定常流场中的应用

谐波平衡法（HBM）适用于模拟周期性非定常流场。求解这类问题时,只需要一个周期中几个等距时刻的流场解,即可重建整个周期流动的时间历程,计算效率较高;同时还采用谱算子精确求解流场变量对物理时间的导数项,保障了算法的计算精度。鉴于此,详细介绍了谐波平衡法的原理和实现过程,并给出了如何在现有计算程序下实现谐波平衡法的流程。取跨声速翼型和超声速钝锥两个周期性强迫俯仰振荡绕流为例,以双时间步方法为参考,对谐波平衡法的效率和精度作了详细的考核和分析。计算结果表明,谐波平衡法的内存消耗较大,谐波数N_H=2时约为双时间步方法的4倍,但谐波平衡法取得与双时间步方法相近结果的计算时间仅为后者的1/5。因此,谐波平衡法是一种有应用前景的工程实用方法。对于长周期问题,谐波平衡法的优势更加明显。     

关于登机时间优化的新模式

旅客登机的时间优化问题一直困扰着国内外航班，航空公司希望提高飞机的利用率。采用双栈缓冲并行模式．将旅客分组模式改为组对，利用飞机通道作为临时缓冲区，一次安排一个旅客组对登机入座。仿真结果比当前最佳方案在登机时间上优化34．76％，对提高航空公司收益、改善服务质量和节约运营成本有着十分重要的应用价值。