直升机飞控的实时分区操作系统探讨

直升机飞控的实时分区操作系统探讨

薛大庆

中国人民解放军 69008 部队五家渠市 831300

摘要：高可靠性和安全性是飞控系统内部最重要的要求之一，而如今多数飞控系统软件内部的规模会对系统的安全性造成巨大的影响。在此背景下，多数人都需要直接探讨直升飞控实时分区操作系统进行具体分析，为的是给更多人以更加实际的参考性意见。

关键词：直升机飞控；实时分区操作系统；探讨策略

随着芯片和微电子技术在航空技术领域不断地向前发展，新型的直升机内部的软件功能正变得越来越丰富，实际更会对飞控系统内部的可靠性提出更高的要求。但是目前多数内核飞控系统自身的结构非常庞大，内部的耦合度也相对较高，实际也无法对飞行的安全性提出更高的要求。但是多数实时分区操作系统内部的安全性、高可靠性和其他不同的特点也成为了航空操作系统内部的热点。基于此，本文重点分析直升机飞控实时分区操作系统内部的内容。

1.实时分区操作系统自身的额工作原理

常规的实时分区操作系统是以ARINC653为规范的操作系统，为的是更好地开发出飞控系统中存在的分区、调度、故障监控和其他不同的功能，最终为的是将不同子系统内部的应用程序运用不同的形式结合在同一个处理器内部。实践中每个分区内部都有较为独立的计算机资源，为的是在保证分区、物理空间和时间等内容的基础上让不同的飞控子系统都相互独立，最终才能够整个飞控系统变得更加高效和可靠^[1]。

2.飞控操作系统分区设计考虑

2.1飞控操作系统架构设计考虑

多数飞控操作系统的都显得非常安全可靠，在实际设计时应该尽可能将微型结构和计算机特权态操作系统内部的结构相互融合，并尽可能地减少其内部存在的功能，更多时则需要将功能和应用程序操作系统的外围不断地贴近。在实际运行的过程中如果能够将微核结构融入飞控操作系统内部则会带来如下几点好处：

第一，多数操作系统内部显得更加可靠和安全，实际测试的过程也显得更加安全。第二，整个操作系统可以在较短的时间内被裁剪掉，因此在具体和飞控结构有效地进行结合时自然就可以在第一时间裁剪掉没有必要存在的操作系统模块，并通过消除飞控软件内部的代码来使得整体结构变得更加安全。

2.2余度管理支撑设计考虑

在实际设计飞控操作系统余度管理能力时需要同时考虑不同的余度配置结构，常规的飞控系统中主要配置了不同种类的配置结构以及集中式的余度结构。实践中先需要对两种不同余度结构下的管理功能进行分析和概括，之后才能够在飞控系统中更好地设计出合适的机制。

3分区软件结构

3.1分区操作系统

常规的分区操作系统主要是由如下三个不同的部分组成：

3.1.1分区管理

只有借助良好的分区管理方式才能够使得不同类型的操作系统可以在空间和时间上相互得以隔离，并让更多实际应用的内容可以发挥更大的作用。从空间看，可以通过存在不同存储器内部的挂历单元来高效地实现物理隔离，之后不同分区之间其实并不存在可以共享的分区，最终实现高效独立运行。从时间系统的角度看，专业人员可以在分析合适的时间调度表的基础上来改变分区执行的顺序^[2]。在同一个时间内不同类型的应用分区都会获得合适的时间窗口，同时更会在被分配的规定时间内有效地运行。如果内部的时间片出现了相互切换的现象，系统实际也会直接被调整到下一个分区内部。

3.1.2分区通信

让多个分区之间有效地实现高效通信才是分区通信的本质，实际更需要依赖核心的操作系统才能够实现高效通信。在实际进行分区通信时专业人员可以通过将消息、端口和通道有效地联合在一起来更好地交换其他数据，更可以通过直接和外部存在的IO设备来交换数据。于是，更多的消息会先从一个端口出发，再让另外一个端口直接接收。实践中用户可以通过配置不同的端口来更好地实现分区通信。但是不同的通道对于每一个用户而言都是透明的存在。

3.2核心分区操作系统

每一个不同的核心分区操作系统都是存在于分区内部的管理者，其内部存在共享资源主要是由中断、定时器、内存和IO服务器构成，实际也可以在整个系统内部更好地实现分区管理和调度监控。最核心的操作系统则可以将不同的应用直接隔离在不同的分区内部，并根据时间调度表内部的内容来分派到不同的时间窗口内部。实践中更可以在分析健康机制的基础上直接处理异常情况，最终才能够为整个应用的过程提供一定的支持。

3.3分区隔离保护设计考虑

在实际进行分区隔离保护时，专业人员需要在分析合适的ARINC653标准来更好地进行分区定义，并充分动用目前存在的32位通用处理器来直接设计分区隔离保护功能。在真正进行分区运行时间隔离时，专业的人员需要通过全方位利用处理器和CACHE的能力来提升实践效率。

3.4分区间通信设计

可以采用多种方式来分区间通信，其中存在的共享内存机制是一种比较常用的通信方式。使用这种方式会在较短的时间内破坏分区空间内部的个理性。因此，专业人员可以通过设置合理的访问权限来避免破坏整个空间。此外，这种实际存在的机制可以在第一时间避免整个空间的隔离性被破坏，真正使用时将显得非常不方便。等到真正实践时专业人员更可以有效地将存在于底层的机制设置为静态配置的方式，最终才能够更好地提升数据通信的能力。

4.直升机飞控的实时分区操作系统的实现与应用

从上述的分析出发可以研制出合适的DeltaSVM飞控操作系统。此操作系统内部主要是由SVMK、KBSP、RTL和VBSP等不同的应用软件组成。其中存在的安全虚拟机内核和板级支持中，核心态的支持将会发挥重要的作用，分区内部的其他不同部分都在发挥重要的作用^[3]。图1为常用的DetaSVM软件结构图。

图1 ＤｅｔａＳＶＭ 软件结构图

当然这样一个DeltaSVM技术和研制单位在服务能力方面还可以有效地满足包括余度管理支撑、分区隔离保护、分区通信、全静态配置和其他不同方面的需求。目前这样一种系统已经在VMS系统中被广泛应用。

5.飞控操作系统分区应用展望

未来飞控操作系统分区应用主要是由如下几个方面组成：

第一，随着计算机硬件技术的不断发展，多核处理器已经成为了存在于桌面上的一种主流服务器，势必未来也会在嵌入式领域中被广泛应用。可以看出多核技术在实际拥有更多的计算性能和并行处理能力的基础上也可以让软件变得更加可靠。未来，专业人员需要先针对飞控操作系统进行有效的研究，再通过有效地支持多核处理器来让整个软件系统变得更加安全可靠。

第二，有效地满足适航的有关要求^[4]。目前，国外存在的飞控操作兄台那个都能够更好地符合适航的要求，具体可以借助合适的飞控系统来提升适航认证的性能，诸多飞控操作系统和软件都会在第一时间通过与DO-178B/C相关的审查。但是存在于国内的飞控操作系统目前还没有符合相关的条件。因此，更多专业的人员需要在掌握系统软件内合适的设计技术的基础上来开发更多不同类型的材料。

6.结束语

综上所述，实时分区操作系统一直都是存在于直升机技术领域内部不可缺少的技术。实际这种技术会将内部的单一内核改为低耦合状态，并借助分区应用隔离来提升直升机飞控系统的可靠性。因此在实践中自然可以满足综合模块的要求。

参考文献：

[1] 张明,周琳.基于 VxWorks653 分区操作系统的 IMA 设计与实现[J].火力与指挥控制,2017(5)：59-64

[2] 李健,张激,施刚.面向航空电子的分区操作系统[J].计算机工程,2017（5）：69-74

[3] 陈娟.ARINC653 分区操作系统在综合模块化航空电子系统中的应用[J].电讯技术,2018（5）：169-174

[4] 陈宗基,张汝麟,张平等.飞行器控制面临的机遇与挑战.自动化学报,2017(5):69-74