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1、第40卷第4期航空计算技术Vo.l40No.42010年7月AeronauticalComputingTechniqueJu.l2010时间分区的设计与实现1112李运喜,梁小虎,叶宏,王蜜蜂(1.中国航空计算技术研究所,陕西西安710068;2.总参测绘信息技术总站,陕西西安710054)摘要: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
2、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。关键词:主时间框架;分区时间调度;周期;截止期;时间事件中图分类号:TP316.2文献标识码:A文章编号:16
3、71654X(2010)04007604引言成,每个进程隶属于特定的分区。分区在概念上相当于通用操作系统中的进程,而分区内进程则相当于线为了满足综合化模块化航空电子系统(IMA)的要程。操作系统的软件结构如图1所示。求,符合ARINC653要求的操作系统在设计时应遵循操作系统依据预先定义的主时间框架进行分区时以下3个主要的原则:间调度,分区内各进程之间按照优先级抢占的调度策1)提供对应用软件划分的能力,划分的应用软件略并发执行,每个进程具有截止期,对于周期进程有周彼此不影响,并通过操作系统提供的机制可实现应用期的属性,当进程发生周
4、期超时或截止期超时,系统将软件之间的通信;进行相应的处理。本文着重讨论符合ARINC653要求2)应用不应影响整个系统的正常运行,仅能访问的时间分区的设计及实现,具体内容包括分区的时间系统预先分配的资源;调度,进程的截止期管理、周期进程的调度,以及时间3)对系统中出现的故障或破坏性行为能够进行处事件的管理。理,防止故障蔓延。1分区时间调度1.1调度原则ARINC653要求的分区调度方式为基于时间调度表的时间抢占方式(TPS),分区调度须满足如下原则:1)调度的单位为一个分区;图1软件结构图2)分区没有优先级;3)分区的调度序列是配
5、置文件中预先确定的,不符合ARINC653要求的操作系统应满足上述原断重复的,具有规律的。则,采用应用程序分区化的技术,将IMA系统中的一运行的分区须在主时间框架(MAF)中至少定义组功能相关的应用软件当作一个分区,分区空间、时间一个时间窗口,分区时间窗口之间不需要连续。如果上相互隔离,互不影响,并向用户提供满足ARINC653主时间框架中存在空闲时间,则核心操作系统在该时规范要求的应用程序接口。分区由一个或多个进程组间可执行操作系统内部的空闲分区。收稿日期:20100201修订日期:20100401基金项目:航空科学
6、基金资助项目(20091931006)作者简介:李运喜(1981-),男,江苏徐州人,工程师,硕士研究生,研究方向为嵌入式实时操作系统技术。2010年7月李运喜等:时间分区的设计与实现∀77∀核心操作系统的运行作为当前运行分区的一部根据用户配置,系统选择一个分区调度表进行分分,占用分区的执行时间,如分区在时间窗口内调用核区调度,缺省情况下为首个分区调度表。系统运行过心操作系统内的服务,则服务的执行时间将消耗分区程,可通过相关的服务进行分区调度的切换。为了管的时间窗口。理调度表中的各个分区,系统在加载分区调度表时将初始化每
7、个时间窗口的执行时间。系统的时钟脉冲周期性地通知系统,在每个时钟脉冲到来时,系统将依次执行如下操作:1)如果时间窗口的执行时间不为0,则将执行时间减1;2)如果分区的执行时间为0,则进行分区切换,老!的分区将被切换出,新!的分区将被调度执行,图2分区主时间框架示意图具体操作如下:*指向当前执行窗口的指针将向前加1。由于时如图2所示,分区的主时间框架为确定的、周期重间调度表中的各个时间窗口采用双向链表进行管理,复的时间长度。时间窗口(W1,W2,W3,)为系统分各个节点组成一个环,因此,当指针到达链表的结束位配给分区(P1,P2,P3
8、,)执行的时间,每个分区在主置时,该指针将重新指向链表的首个节点。时间框架中可以有1个或多个时间窗口。每个时间窗*保存被切换分区的上下文,加载被调度分区的口由窗口的启动点(基于主时间框架起点的偏移长上下文
