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...     

民用飞机综合模块化航电系统资源状态监控技术研究

随着处理器和机载嵌入式实时分区操作系统等相关技术的不断升级换代,IMA系统功能的集成度也越来越高,高集成度增加了系统资源分配的难度,需要通过对系统资源状态进行实时监控和分析进而不断优化系统配置。首先对IMA系统的分区特性进行了深入研究,基于探针插桩监控数据采集技术,提出了一种系统行为和时间资源状态监控的策略。研究了数据监控采集系统的软件架构,在此基础上设计和实现了系统行为监视器和时间资源监视器,并在某民机重点预研课题中进行了应用验证。结果表明,能够有效帮助应用开发者和系统综合者直观分析系统时间性能瓶颈,优化资源配置方案,实现计算资源的负载均衡。对IMA系统资源状态监控及资源配置优化具有一定的指导意义和实用价值。     

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。     

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。     

基于人工免疫算法的入港飞机调度管理

针对入港飞机调度管理日益复杂繁重的现状,首先将入港飞机调度管理问题进行分析建模.确立了在满足各机型安全时间间隔条件下的,基于入港飞机总延误时间最小化的调度管理优化目标.然后利用人工免疫算法的优化能力强的特点,提出基于人工免疫算法的入港飞机调度管理方法.再通过仿真实验验证了该方法的可行性和有效性,并对人工免疫算法有效指导飞机入港调度管理的原理进行了分析和总结.     

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。     

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。     

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...     

机载网络时间触发通信调度设计优化与评价方法

机载网络是航空电子系统实现信息传输与功能综合的关键组成,引入时间触发（TT）机制并安排合理通信调度可以有效保证机载网络实时可靠通信,但需要首先面对多种调度设计方法的选择问题。在总结了时间触发通信过程与特征的基础上,以时间触发以太网为分析对象,给出了基于可满足性模理论（SMT）、混合整数规划（MIP）和启发式算法等不同约束引导下的调度模型,并形成了基于强化学习（RL）的调度方法;从调度设计的求解能力与性能保障角度出发,建立了包括求解时间、可求解规模、传输延迟和调度模式的评价指标。以工业规模网络为研究案例对不同调度方法进行了验证分析,在评价指标的引导下对比分析了各种方法的适用场景,其中SMT方法可支持小规模案例,MIP方法具有明显的TT消息传输和调度求解运算优势,以遗传算法为典型的启发式方法和RL方法可实现大规模案例调度,虽然其TT延迟略高于MIP方法,但速率约束消息延迟优化程度分别达到7.97%和12.35%。在此基础上,进一步探讨了未来航电系统机载网络时间触发通信调度设计优化技术的发展趋势。     

民用飞机综合模块化航电系统分区和资源分配的研究

对比航电传统系统架构,分析了综合模块化航电系统(Integrated Modular Avionics,简称IMA)架构的优点;针对IMA系统功能的高集成度带来的资源分配难度和安全性要求,提出了IMA系统分区和资源分配策略,并给出了具体方法,对民用飞机IMA系统设计具有一定的指导意义和实用价值。     

综合模块化航空电子系统软件体系结构综述

作为降低系统生命周期费用（LCC）、控制软件复杂性、提高软件复用程度的重要手段之一,软件体系结构已成为航空计算领域的一个主要研究方向。阐述了综合模块化航空电子（IMA）的理念,分析了推动IMA产生和发展的主要因素。总结了ARINC 653,ASAAC,GOA以及F-22通用综合处理机（CIP）上的软件体系结构研究成果,并讨论了IMA软件体系结构需要解决的若干问题及其发展趋势。在此基础上,对中国综合航电软件体系结构研究提出了一些见解。     

基于在线加载分区机制的重构方案的设计与实现

随着综合模块化航空电子系统（IMA）结构技术的发展，对航电系统的安全性和可靠性的要求也进一步提高。本文提出的IMA重构方案基于VxWorks653系统中的在线加载分区(Online-Loaded)机制，可以做到对应用程序的动态加载，使得IMA系统在发生故障时能按预设的配置进行功能迁移，从而实现IMA系统的重构。在该重构方案的基础上还同时设计了分步加载技术。测试验证表明，分步加载技术明显减少了重构的耗时，提高了重构的效率。     

Period selection for integrated controller tasks in cyber-physical systems

Performance optimization of cyber-physical systems(CPS)calls for co-design strategies that handle the issues in both computing domain and physical domain.Periods of controller tasks integrated into a uniprocessor system are related to both control performance and real-time schedulability analysis simultaneously.System performance improvement can be achieved by optimizing the periods of controller tasks.This paper extends an existing model to select task periods in real-time for CPS with fixed priority controller tasks scheduled by rate-monotonic algorithm.When all the tasks can be integrated,the analytic solution of the problem is derived by using the method of Lagrange multipliers and gradient descent method is evaluated to be suitable online.To further deal with the condition that the system is overloaded,an integrated method is proposed to select periods of tasks online by selecting a subset of tasks first and then optimizing the periods for them.Experimental results demonstrate that our method yields near-optimal result with a short running time.     

Low-cost technology for multimode radar

A flexible test bed radar architecture is described which includes an integrated RF electronics package that can support multiple radar applications, including surveillance, fire control, target acquisition, and tracking. This type of architecture can significantly reduce the cost, power, size, and weight of electronics on future weapon delivery platforms. The Army Research Laboratory (ARL) is developing technology to support multimode radar requirements. These requirements include the detection and location of moving or stationary low radar cross section targets in heavy ground clutter and the classification and/or recognition of these targets. We address these requirements with commercial-off-the-shelf (COTS) products and the integration of several enabling technologies. The test bed radar includes a direct digital synthesizer (DDS) for frequency-diverse waveform generation, a flexible wideband transceiver for bandwidth extension and frequency translation, and an open architecture signal processor with embedded wideband analog-to-digital converters for real-time acquisition and processing. Efficient signal processing algorithms have been developed to demonstrate multimode radar capability. This paper discusses the various subassemblies, algorithm efficiency, and field experiment results     

Integrated modular avionics for next generation commercialairplanes

The goals are objectives of integrated modular avionics (IMA) are discussed. One candidate computing architecture for IMA, the Boeing 777 Airplane Information Management System (AIMS), is presented. The cabinet architecture, fault tolerance characteristics, backplane bus, and functional growth provisions are considered. The integration concepts developed for AIMS represent a first step in real-world application of the IMA technologies