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。     

航空电子系统中应用多核处理器的挑战分析

作为嵌入式计算的一种,航空电子系统中的处理器具有强实时性、高确定性、高安全性的特征。因此,同其他嵌入式系统相比,在航空电子系统中应用多核处理器面临更多的挑战。针对多核处理器基本的软硬件架构,对挑战产生的原因进行了简要的分析,指出了在航空电子系统中应用多核处理器需要解决的问题。     

基于同步处理的机载视频实时记录技术研究

在机载航电系统中,为了能够实时、无损地记录显控子系统传来的实时视频数据,最大程度地保留原始视频的图像质量,研究了基于多任务同步处理的机载视频实时记录技术。通过详细阐述接收任务和存储任务的设计方法以及分析两者的同步策略,直观展示了基于同步处理的机载视频实时记录技术的实现架构。同时依托多核处理器平台来设计真实的测试场景,并在实际机载嵌入式系统中部署运行,其结果证实了基于同步处理的机载视频实时记录技术的正确性。     

基于分区代理机制的FC通信虚拟化方案设计

随着航电系统的发展,处理平台的集成度逐步提高,多核处理器集成多个应用将是未来应用的趋势。 但在使用多核处理器的系统中,由于多个处理器核并行运行,需要解决通信资源在多个处理器核之间的共享问 题。本文提出了一种基于分区代理机制的FC 通信虚拟化方案设计,可以实现多核架构下多应用、多分区共享 FC 网络接口设备进行通信。     

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...     

机载嵌入式可重构信号处理系统设计

为使机载嵌入式信号处理系统性能更加均衡,更好地适应机载嵌入式环境,在比较三种传统的机栽信号处理系统架构的基础上,提出了一种系统可伸缩、功能可重构的信号处理系统架构,并分析了其系统特性和关键技术。从可编程能力、处理性能、通用性以及可扩展性等方面比较了三种信号处理系统架构,结果表明:可重构信号处理系统架构具有较强的综合性能,能更好地满足机载嵌入式应用的需求。     

基于CPCIe高速总线的机载多核计算处理平台

由于中小型飞机航空电子系统对计算处理平台体积、功耗和重量方面的严格限制，有必要对计算处理平台进行高性能、小型化、低功耗的针对性设计。研究了一种基于CPCIe(CompactPCI Express)高速总线和多核处理器的机载计算处理平台架构，攻克了多核处理和CPCIe高速信号完整性在航空电子系统中的适应性问题，设计并实现了一款基于CPCIe高速总线的分布式机载多核计算处理平台，对CPCIe总线信号完整性进行了仿真和测试，最后在航空电子系统中对计算处理平台进行实施验证。相比于传统的联合式架构和综合模块化架构，计算处理平台的性能功耗比分别提升约7倍、5倍，性能体积比分别提升约24倍、2倍，性能重量比分别提升约15倍、1.7倍，可以满足中小型飞机航空电子系统对计算处理平台小型化、低功耗和高性能的需求，具有较好的工程应用参考价值，在航空领域具有广泛的应用前景。     

嵌入式微核虚拟机管理器存储管理架构设计

对微内核架构、嵌入式虚拟化技术、嵌入式多核处理器支持技术进行简介,对工业界和学术界形成的嵌入式微内核虚拟机管理器产品进行相应调研,提出一种基于微内核架构多核虚拟机管理器的存储管理架构设计模式,把存储管理分为内核态MMU管理和用户态内存分配器两部分实现.MMU管理负责完成MMU初始化、TLB无效和增加/删除映射等功能;内存分配器负责实现memcache分配器、字节分配器和页分配器3种内存管理机制.     

面向机载应用的领域专用加速器研究

机载环境下数据处理规模的剧增以及人机混合智能的应用使得传统的以CPU 为核心计算单元的架构 已不能满足计算需求。在满足延时、精度等指标的情况下,选用高能效的处理器或处理器组合来快速准确地处 理这些数据成为机载计算领域面临的重要问题。按照常规处理器、领域专用加速器两大类型对各自主要代表性 处理器的架构特点进行了分析和总结,得出了各类处理器在机载情况下的主要适用场景和应用情况。根据领域 专用的设计思想开发了面向数据关联应用的专用加速器,对数据关联算法中的统计距离计算和分簇处理这两个 计算瓶颈进行了定制化的加速设计,并在基于FPGA 的平台上进行了测试验证,结果表明,加速器对于统计距 离计算的加速效果约为FT2000/4 单核性能的10 倍,对于分簇处理的加速效果约为FT2000/4 单核性能的3 倍, 整体运算速度相比FT2000/4 处理器的单核提升了5 倍。     

航空电子领域虚拟化技术应用研究

随着航空电子系统承载的应用日趋复杂,飞机对机载设备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中的深入应用,随之而来的是运行的软件复杂度急剧上升。随着商用领域嵌入式虚拟化的出现,如何将该技术更有效的应用到航空电子领域,成为必须要研究的课题。本文结合航空电子本身的特点,概述航空电子多核处理器平台上嵌入式虚拟化的特征及应用思路,为航空电子领域虚拟化的技术研究提供参考。     

嵌入式多核操作系统确定性研究

为解决嵌入式多核操作系统确定性问题,详细阐述了计算确定性,重点分析了多核结构引入的不确定性问题。通过研究嵌入式多核操作系统的结构,从共享存储的确定性访问、确定性任务调度、确定性通信等方面提出了解决多核结构带来的不确定性问题的方法。     

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。     

基于多核DSP的多波形管理设计

在使用多核处理器进行航空电子系统综合化设计时,各波形供应商通常因为各种限制,难以进行波形功能深度综合,因此目前的综合化仅仅是处理资源集中放置,并未很好地发挥多核处理器的效能。本文基于TI公司多核DSP,设计了一种多波形管理框架,可以将多个无线电波形集中在一个多核DSP中灵活部署、运行并管理,充分发挥多核处理器运算能力,提高系统资源利用率。     

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QNX的分布式异构仿真平台的实现

QNX作为嵌入式实时操作系统之一,它具有强实时、高可靠性、可剪裁、可配置、可扩充、可移植的特点,支持主流嵌入式处理器,目前主要应用在军事武器装备和航空航天领域.本文从航空电子系统对实时操作系统的要求出发,着重介绍了嵌入式实时操作系统QNX在PC104平台上的移植和配置网络连接通信技术,实现了基于QNX的分布式异构仿真平台,并通过实例验证了QNX的实时通信机制,建立了QNX在航空电子系统中应用的雏形,并给出了下一步工作的重点.     

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。     

VxWorks操作系统下光纤通道通信软件的实现

为了实现光纤通道技术在机载计算机中的应用,介绍了光纤通道优点,说明基于PCI接口的光纤通道主机适配器的工作原理,分析了该适配器提供的邮箱命令和队列两种软件编程接口工作机制,给出嵌入式VxWorks环境下通信软件的实现方案。为开发机载光纤通道实时通信软件奠定了基础,对光纤通道嵌入式应用具有普遍意义。