道系統(tǒng)在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用

摘要： 當(dāng)前軍事工業(yè)技術(shù)的處于快速發(fā)展階段，這就給應(yīng)用于軍工領(lǐng)域的嵌入式相應(yīng)技術(shù)提出了更高的要求，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在系統(tǒng)更加復(fù)雜和龐大的同時(shí)對(duì)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(tǒng)已經(jīng)在軍工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文就道系統(tǒng)的應(yīng)用作相關(guān)介紹。

關(guān)鍵詞： 道系統(tǒng)；軍工；嵌入式技術(shù)

道系統(tǒng)

科銀京成提供自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嵌入式軟件系列產(chǎn)品-道系統(tǒng)(DeltaSystem)，產(chǎn)品包括：嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)－DeltaOS，集成開(kāi)發(fā)工具－LambdaPRO、測(cè)試工具－GammaRay和各種應(yīng)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(tǒng)內(nèi)核、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和圖形用戶接口等組件，支持主流CPU體系結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)實(shí)時(shí)特點(diǎn)； LambdaPRO是一個(gè)通用、統(tǒng)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(shè)備應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái)與開(kāi)發(fā)平臺(tái)有機(jī)地結(jié)合在一起，成為遵循業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)大、專業(yè)的智能電子設(shè)備軟件平臺(tái)。

“道系統(tǒng)”和其解決方案已經(jīng)在通訊、工業(yè)控制、消費(fèi)電子、航空/航天以及航海等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。并且LambdaPRO具有良好的擴(kuò)展性，針對(duì)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(tǒng)AcoreOS2.0、DeltaCORBA中間件等，更好地為軍工領(lǐng)域服務(wù)。

“道系統(tǒng)”體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

道系統(tǒng)在軍工各領(lǐng)域的應(yīng)用

飛行控制

飛行控制是指通過(guò)某種手段、使用一定的設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的飛行運(yùn)動(dòng)和變化所進(jìn)行的控制。這是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，不僅運(yùn)算量大，管理設(shè)備繁多，而且并行程度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，同時(shí)控制系統(tǒng)要求體積小，重量輕，功耗低，這樣對(duì)控制系統(tǒng)提出了很高的要求。由于飛行控制系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了對(duì)嵌入式技術(shù)應(yīng)用會(huì)提出有別與一般行業(yè)應(yīng)用的更高的要求，這些主要體現(xiàn)在飛控系統(tǒng)針對(duì)嵌入式軟件、硬件的安全性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)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(tǒng)飛行控制系統(tǒng)獨(dú)有特點(diǎn)之外，當(dāng)前先進(jìn)的飛行控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)大都采用模型設(shè)計(jì)生成代碼的方式，建立于模型設(shè)計(jì)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(yīng)地，這又提出了將嵌入式技術(shù)和模型技術(shù)相結(jié)合的需求。

科銀京成針對(duì)飛控領(lǐng)域內(nèi)的各特殊需求，就飛控領(lǐng)域內(nèi)的這些特征進(jìn)行了深入的研究，對(duì)照國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，大力發(fā)展模型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，力求將模型設(shè)計(jì)、代碼生成、交叉調(diào)試等各方面結(jié)合于一體，著力于研究基于道系統(tǒng)的符合飛行控制標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)環(huán)境、建模工具以及軟件一體化平臺(tái)等等。建模技術(shù)在飛控的應(yīng)用如圖2所示。

圖2 建模技術(shù)在飛控中的應(yīng)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(guó)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(chǔ)的開(kāi)發(fā)，對(duì)于提高飛控軟件的可靠性、可維護(hù)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(jì)算機(jī)上運(yùn)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(jié)。為了使建模工具和交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)縫的結(jié)合，必須對(duì)其二者的結(jié)合進(jìn)行研究，使模型到二進(jìn)制代碼的過(guò)程實(shí)現(xiàn)一體化。

2. 基于建模工具的模型開(kāi)發(fā)與模型級(jí)代碼調(diào)試
模型開(kāi)發(fā)針對(duì)飛控應(yīng)用，在建模工具中實(shí)現(xiàn)面向飛控應(yīng)用的模型工具箱。模型工具箱主要包括運(yùn)行環(huán)境以及基礎(chǔ)性共用內(nèi)容的相關(guān)模型庫(kù)。模型級(jí)代碼調(diào)試是在模型的層級(jí)上進(jìn)行代碼的調(diào)試，其中，代碼在目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行。該項(xiàng)工作對(duì)于提高從模型到代碼執(zhí)行的一體化，以及提高開(kāi)發(fā)效率，降低代碼調(diào)試難度等方面都有比較重要的意義。研究?jī)?nèi)容主要包括工具箱的結(jié)構(gòu)、形式，以及模型級(jí)代碼調(diào)試的實(shí)現(xiàn)方法以及工具環(huán)境等內(nèi)容。

3. 自動(dòng)測(cè)試環(huán)境
自動(dòng)測(cè)試環(huán)境包括用例生成、用例執(zhí)行、用例分析、測(cè)試報(bào)告生成等內(nèi)容。自動(dòng)測(cè)試是針對(duì)代碼的測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證測(cè)試、覆蓋測(cè)試等。測(cè)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)銷比較大的一個(gè)部分，因此提高測(cè)試的自動(dòng)化程度有非常重要的意義。而自動(dòng)測(cè)試環(huán)境的目標(biāo)就是減少人力的投入，增加測(cè)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(cè)試環(huán)境主要研究?jī)?nèi)容包括在模型的基礎(chǔ)上如何實(shí)現(xiàn)用例的生成，以及用例的提取、組合、復(fù)用、執(zhí)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(yīng)用還不是十分成熟，今后將致力于各項(xiàng)基礎(chǔ)研究，力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)從模型到代碼執(zhí)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(dǎo)航、識(shí)別、飛行管理、大氣數(shù)據(jù)、雷達(dá)與光電探測(cè)、電子戰(zhàn)、火力控制、任務(wù)管理、顯示控制和系統(tǒng)軟件等功能設(shè)備或功能模塊。它在航空武器裝備信息化中起著至關(guān)重要的作用，并被越來(lái)越多的有識(shí)之士所認(rèn)識(shí)。幾十年來(lái)，航空電子系統(tǒng)經(jīng)歷了分立式、混合式、聯(lián)合式，當(dāng)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(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了機(jī)上的信息綜合，而且能夠有效地綜合C3I和預(yù)警機(jī)發(fā)送的信息，由此可以滿足現(xiàn)代和未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的需求。傳統(tǒng)的使用單地址多任務(wù)空間模式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求航空電子對(duì)安全性的要求?！案綦x”是航電實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)，先后出現(xiàn)了ARINC653以及MILS兩種標(biāo)準(zhǔn)。ARINC653規(guī)范描述模塊化綜合航空電子設(shè)備中使用的應(yīng)用軟件的基線操作環(huán)境，引入了分區(qū)(partitioning)和區(qū)間的概念，分區(qū)就是航空電子應(yīng)用的一個(gè)功能劃分，防止一個(gè)區(qū)間的錯(cuò)誤導(dǎo)致其他區(qū)間的錯(cuò)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(tǒng)需求的軟件體系結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同安全級(jí)別的應(yīng)用集成、并且方便認(rèn)證，它代表了當(dāng)前航空航天安全操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

科銀京成自主研發(fā)的基于道系統(tǒng)的安全實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)遵循ARINC 653標(biāo)準(zhǔn)，具有高可用高可靠特點(diǎn)，滿足新一代航空電子系統(tǒng)對(duì)操作系統(tǒng)的要求。它的特點(diǎn)如下：1，支持兩態(tài):系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)；2，支持區(qū)間在時(shí)間和空間上的隔離，支持區(qū)間通信；3，可動(dòng)態(tài)加載用戶級(jí)共享庫(kù)和內(nèi)核級(jí)共享庫(kù)；4，配置性好，可配置系統(tǒng)對(duì)象、區(qū)間空間分布、區(qū)間調(diào)度時(shí)間；5，支持APEX應(yīng)用編程接口。該安全實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)將適用于多個(gè)方面的航空航天領(lǐng)域的電子設(shè)備研制和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，包括：航空運(yùn)輸、飛機(jī)制造、航空飛行器制造、航空儀表、航空指揮控制系統(tǒng)以及其它航空用各類電子設(shè)備，滿足用戶能夠在其上構(gòu)建符合ARINC653標(biāo)準(zhǔn)的航空計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。

另外科銀京成對(duì)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(xù)關(guān)注這一技術(shù)，對(duì)MILS的支持是科銀京成安全實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

艦船

艦船是海軍作戰(zhàn)的主要裝備，現(xiàn)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(yīng)用，給未來(lái)海上作戰(zhàn)方式帶來(lái)了深刻的變化?，F(xiàn)階段艦船的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)以信息為中心的全艦系統(tǒng)集成。但艦船是一個(gè)非常復(fù)雜的廣義建筑物，其內(nèi)部包括艦船自動(dòng)化系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)和作戰(zhàn)自動(dòng)化系統(tǒng)等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)分別采用不同的軟、硬件平臺(tái)和語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，各自負(fù)責(zé)管理或處理木系統(tǒng)內(nèi)部事務(wù)，各個(gè)系統(tǒng)間的互操作是非常困難的。

基于道系統(tǒng)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(tái)中間件服務(wù)，簡(jiǎn)化分布式環(huán)境中的客戶/服務(wù)器操作，它使用的方式是把實(shí)際的通信機(jī)制隱藏在一個(gè)對(duì)象請(qǐng)求代理(ORB)軟件之后。它已經(jīng)通過(guò)海軍嚴(yán)格的系統(tǒng)測(cè)試，相關(guān)項(xiàng)目的合作也在積極的準(zhǔn)備中。主要包括以下特點(diǎn)：1，符合MiniCORBA規(guī)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?qū)ο蠹夹g(shù)，支持C++；4，多種優(yōu)化，保證效率；5，多操作系統(tǒng)支持。

在軍用領(lǐng)域，可能會(huì)出現(xiàn)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(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)交換的方面，需要使用通用CORBA。嵌入式CORBA主要使用在一些對(duì)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(tǒng)也將進(jìn)一步完善和增強(qiáng)對(duì)艦船系統(tǒng)的支持。

結(jié)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(cuò)的成績(jī)。當(dāng)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(tǒng)的開(kāi)發(fā)與完善，竭盡全力繼續(xù)為我國(guó)的飛控、航電、艦船等軍事領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

1.  道系統(tǒng)使用手冊(cè)，北京科銀京成技術(shù)有限公司，2006
2.  張德發(fā)，葉勝利等，飛行控制系統(tǒng)的地面與飛行試驗(yàn)[M]，國(guó)防工業(yè)出版社，2003
3.  宋翔貴，張新國(guó)等，電傳飛行控制系統(tǒng)[M]，國(guó)防工業(yè)出版社，2003
4.  航空電子應(yīng)用軟件接口要求，中國(guó)人民解放軍總裝備部，2005
5.  黃永安等，MATLAB 7.0/Simulink 6.0建模仿真開(kāi)發(fā)與高級(jí)工程應(yīng)用[M]，清華大學(xué)出版社，2006