道系統在軍工領(lǐng)域的應用

摘要： 當前軍事工業(yè)技術(shù)的處于快速發(fā)展階段，這就給應用于軍工領(lǐng)域的嵌入式相應技術(shù)提出了更高的要求，其特點(diǎn)主要體現在系統更加復雜和龐大的同時(shí)對軟硬件性能也提出了更高的要求。鑒于科銀京成自主研發(fā)產(chǎn)品——道系統已經(jīng)在軍工領(lǐng)域得到了廣泛應用。本文就道系統的應用作相關(guān)介紹。

關(guān)鍵詞： 道系統；軍工；嵌入式技術(shù)

道系統

科銀京成提供自主知識產(chǎn)權的嵌入式軟件系列產(chǎn)品-道系統(DeltaSystem)，產(chǎn)品包括：嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統－DeltaOS，集成開(kāi)發(fā)工具－LambdaPRO、測試工具－GammaRay和各種應用組件；并提供優(yōu)質(zhì)、完善的技術(shù)支持服務(wù)。其中DeltaOS包括實(shí)時(shí)操作系統內核、文件系統、網(wǎng)絡(luò )協(xié)議棧和圖形用戶(hù)接口等組件，支持主流CPU體系結構，具有強實(shí)時(shí)特點(diǎn)； LambdaPRO是一個(gè)通用、統一、開(kāi)放的新一代32位嵌入式軟件的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它將設備應用軟件的運行平臺與開(kāi)發(fā)平臺有機地結合在一起，成為遵循業(yè)界標準、強大、專(zhuān)業(yè)的智能電子設備軟件平臺。

“道系統”和其解決方案已經(jīng)在通訊、工業(yè)控制、消費電子、航空/航天以及航海等領(lǐng)域得到廣泛應用。并且LambdaPRO具有良好的擴展性，針對軍工領(lǐng)域的特殊要求，科銀京成在LambdaPRO集成了自主研發(fā)的模型與自動(dòng)生成代碼技術(shù)、安全實(shí)時(shí)操作系統AcoreOS2.0、DeltaCORBA中間件等，更好地為軍工領(lǐng)域服務(wù)。

“道系統”體系結構如圖1所示。

圖1 道系統結構圖

道系統在軍工各領(lǐng)域的應用

飛行控制

飛行控制是指通過(guò)某種手段、使用一定的設備，從而實(shí)現對飛行器的飛行運動(dòng)和變化所進(jìn)行的控制。這是一個(gè)十分復雜的過(guò)程，不僅運算量大，管理設備繁多，而且并行程度高，實(shí)時(shí)性強，同時(shí)控制系統要求體積小，重量輕，功耗低，這樣對控制系統提出了很高的要求。由于飛行控制系統的特點(diǎn)決定了對嵌入式技術(shù)應用會(huì )提出有別與一般行業(yè)應用的更高的要求，這些主要體現在飛控系統針對嵌入式軟件、硬件的安全性、實(shí)時(shí)性、穩定性等方面，這也是飛控領(lǐng)域的重要特征。

除了以上這些傳統飛行控制系統獨有特點(diǎn)之外，當前先進(jìn)的飛行控制系統的開(kāi)發(fā)大都采用模型設計生成代碼的方式，建立于模型設計與代碼編寫(xiě)一體化，這樣既減少了開(kāi)發(fā)成本，又加快了開(kāi)發(fā)流程。相應地，這又提出了將嵌入式技術(shù)和模型技術(shù)相結合的需求。

科銀京成針對飛控領(lǐng)域內的各特殊需求，就飛控領(lǐng)域內的這些特征進(jìn)行了深入的研究，對照國外先進(jìn)技術(shù)，大力發(fā)展模型技術(shù)的優(yōu)勢，力求將模型設計、代碼生成、交叉調試等各方面結合于一體，著(zhù)力于研究基于道系統的符合飛行控制標準的操作系統、開(kāi)發(fā)環(huán)境、建模工具以及軟件一體化平臺等等。建模技術(shù)在飛控的應用如圖2所示。

圖2 建模技術(shù)在飛控中的應用

其中開(kāi)展的相關(guān)研究如下：

1. 建模工具與交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境的集成
基于模型的飛控軟件開(kāi)發(fā)在國外已經(jīng)有了非常成功的案例，并且有比較成熟的建模工具。以模型為基礎的開(kāi)發(fā)，對于提高飛控軟件的可靠性、可維護性以及開(kāi)發(fā)效率等方面都有非常明顯的作用。而模型生成的代碼要在飛控計算機上運行，必須使用交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行相關(guān)的編譯、連接、配置等。因此模型工具與交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境的集成很重要，也是不可缺少的一個(gè)環(huán)節。為了使建模工具和交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫的結合，必須對其二者的結合進(jìn)行研究，使模型到二進(jìn)制代碼的過(guò)程實(shí)現一體化。

2. 基于建模工具的模型開(kāi)發(fā)與模型級代碼調試
模型開(kāi)發(fā)針對飛控應用，在建模工具中實(shí)現面向飛控應用的模型工具箱。模型工具箱主要包括運行環(huán)境以及基礎性共用內容的相關(guān)模型庫。模型級代碼調試是在模型的層級上進(jìn)行代碼的調試，其中，代碼在目標機上運行。該項工作對于提高從模型到代碼執行的一體化，以及提高開(kāi)發(fā)效率，降低代碼調試難度等方面都有比較重要的意義。研究?jì)热葜饕üぞ呦涞慕Y構、形式，以及模型級代碼調試的實(shí)現方法以及工具環(huán)境等內容。

3. 自動(dòng)測試環(huán)境
自動(dòng)測試環(huán)境包括用例生成、用例執行、用例分析、測試報告生成等內容。自動(dòng)測試是針對代碼的測試，可以實(shí)現驗證測試、覆蓋測試等。測試是提高飛控軟件可靠性非常關(guān)鍵的手段，也是開(kāi)發(fā)時(shí)時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)比較大的一個(gè)部分，因此提高測試的自動(dòng)化程度有非常重要的意義。而自動(dòng)測試環(huán)境的目標就是減少人力的投入，增加測試覆蓋的程度，提高飛控軟件可靠性，提高開(kāi)發(fā)效率，縮短開(kāi)發(fā)周期，減少開(kāi)發(fā)成本。自動(dòng)測試環(huán)境主要研究?jì)热莅ㄔ谀Ｐ偷幕A上如何實(shí)現用例的生成，以及用例的提取、組合、復用、執行、分析等。

由于目前通過(guò)模型自動(dòng)生成代碼技術(shù)在嵌入式領(lǐng)域的應用還不是十分成熟，今后將致力于各項基礎研究，力爭早日實(shí)現從模型到代碼執行的一體化，以更好地為飛行控制服務(wù)。

航空電子

航空電子涉及通信、導航、識別、飛行管理、大氣數據、雷達與光電探測、電子戰、火力控制、任務(wù)管理、顯示控制和系統軟件等功能設備或功能模塊。它在航空武器裝備信息化中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，并被越來(lái)越多的有識之士所認識。幾十年來(lái)，航空電子系統經(jīng)歷了分立式、混合式、聯(lián)合式，當前正在向綜合化、高度綜合化方向發(fā)展。綜合化的航空電子系統不僅實(shí)現了機上的信息綜合，而且能夠有效地綜合C3I和預警機發(fā)送的信息，由此可以滿(mǎn)足現代和未來(lái)戰爭的需求。傳統的使用單地址多任務(wù)空間模式的實(shí)時(shí)操作系統已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求航空電子對安全性的要求?！案綦x”是航電實(shí)時(shí)操作系統發(fā)展的趨勢，先后出現了ARINC653以及MILS兩種標準。ARINC653規范描述模塊化綜合航空電子設備中使用的應用軟件的基線(xiàn)操作環(huán)境，引入了分區(partitioning)和區間的概念，分區就是航空電子應用的一個(gè)功能劃分，防止一個(gè)區間的錯誤導致其他區間的錯誤；MILS(Multiple Independent Levels of Security/Safety)是一種解決MLS(Multi-Level Secure/Safe)和MSL(Multiple Single Level Security/Safety)系統需求的軟件體系結構，能夠實(shí)現不同安全級別的應用集成、并且方便認證，它代表了當前航空航天安全操作系統的發(fā)展趨勢。

科銀京成自主研發(fā)的基于道系統的安全實(shí)時(shí)操作系統遵循ARINC 653標準，具有高可用高可靠特點(diǎn)，滿(mǎn)足新一代航空電子系統對操作系統的要求。它的特點(diǎn)如下：1，支持兩態(tài):系統態(tài)和用戶(hù)態(tài)；2，支持區間在時(shí)間和空間上的隔離，支持區間通信；3，可動(dòng)態(tài)加載用戶(hù)級共享庫和內核級共享庫；4，配置性好，可配置系統對象、區間空間分布、區間調度時(shí)間；5，支持APEX應用編程接口。該安全實(shí)時(shí)操作系統將適用于多個(gè)方面的航空航天領(lǐng)域的電子設備研制和系統開(kāi)發(fā)，包括：航空運輸、飛機制造、航空飛行器制造、航空儀表、航空指揮控制系統以及其它航空用各類(lèi)電子設備，滿(mǎn)足用戶(hù)能夠在其上構建符合ARINC653標準的航空計算機操作系統。

另外科銀京成對MILS的發(fā)展、核心思想以及實(shí)施方法都進(jìn)行了全面的分析，相關(guān)研發(fā)工作也在進(jìn)行中，今后將繼續關(guān)注這一技術(shù)，對MILS的支持是科銀京成安全實(shí)時(shí)操作系統發(fā)展的一個(gè)重要方向。

艦船

艦船是海軍作戰的主要裝備，現代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，給艦船的發(fā)展帶來(lái)了深刻的影響，一些新技術(shù)在艦船上的應用，給未來(lái)海上作戰方式帶來(lái)了深刻的變化?，F階段艦船的發(fā)展趨勢是實(shí)現以信息為中心的全艦系統集成。但艦船是一個(gè)非常復雜的廣義建筑物，其內部包括艦船自動(dòng)化系統、辦公自動(dòng)化系統、通信自動(dòng)化系統和作戰自動(dòng)化系統等系統。這些系統分別采用不同的軟、硬件平臺和語(yǔ)言標準，各自負責管理或處理木系統內部事務(wù)，各個(gè)系統間的互操作是非常困難的。

基于道系統的DeltaCORBA很好地解決了這些問(wèn)題。它用于分布式處理環(huán)境的信息傳遞，提供交叉平臺中間件服務(wù)，簡(jiǎn)化分布式環(huán)境中的客戶(hù)/服務(wù)器操作，它使用的方式是把實(shí)際的通信機制隱藏在一個(gè)對象請求代理(ORB)軟件之后。它已經(jīng)通過(guò)海軍嚴格的系統測試，相關(guān)項目的合作也在積極的準備中。主要包括以下特點(diǎn)：1，符合MiniCORBA規范；2，軟實(shí)時(shí)。使用DeltaCORBA的操作延遲最多是直接使用TCP/IP socket延 遲的1.2倍；3，使用面向對象技術(shù)，支持C++；4，多種優(yōu)化，保證效率；5，多操作系統支持。

在軍用領(lǐng)域，可能會(huì )出現通用CORBA產(chǎn)品與嵌入式CORBA產(chǎn)品配合使用的局面。在一些需要大量數據處理，數據交換的方面，需要使用通用CORBA。嵌入式CORBA主要使用在一些對時(shí)間、空間要求較高的方面，在這些方面，使用到CORBA的不是它的大量的服務(wù)這類(lèi)東西，而是CORBA提供的良好的互操作性，以及實(shí)時(shí)相關(guān)的特性。道系統也將進(jìn)一步完善和增強對艦船系統的支持。

結語(yǔ)

回首過(guò)去，科銀京成已經(jīng)在軍工領(lǐng)域取得了不錯的成績(jì)。當前嵌入式技術(shù)已深入到軍工各個(gè)方面，極大地推進(jìn)了軍事科技的發(fā)展，科銀京成將致力于道系統的開(kāi)發(fā)與完善，竭盡全力繼續為我國的飛控、航電、艦船等軍事領(lǐng)域做出貢獻。

參考文獻：

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5.  黃永安等，MATLAB 7.0/Simulink 6.0建模仿真開(kāi)發(fā)與高級工程應用[M]，清華大學(xué)出版社，2006