实时操作系统在星载计算机中的应用

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1、实时操作系统在星载计算机中的应用

2、第1摘要：介绍在星载计算机中应用实时操作系统的两种方式：使用一种源码开放的RTOS——RTEMS和自主开发RTOS，并对两种方法进行比较。关键词：实时操作系统星载计算机RTOS随着我国航天技术的不断发展，越来越多的卫星应用在通讯、资源探测、遥感、气象、对地观察等领域。卫星的功能越来越强，对星务管理和有效载荷控制的星载计算机提出了更高的要求。星载计算机软硬件系统日趋复杂，传统的星载计算机软硬件设计方法，特别是软件的设计方法和开发手段已逐渐不适应这种要求。引入实时操作系统（RTOS）能够有效地解决这些问题。RTOS把任务管理调度、任

3、务间通信、内存管理等系统功能以函数调用的方式提供给用户，使用户能够将精力放在应用程序的开发上，有助于星载软件通用化和模块化设计，缩短软件产品的研制周期，提高星载软件可靠性。RTOS已经成功运用在包括航天在内的许多嵌入式领域，如SJ-5小卫星就成功应用了pSOS操作系统。但这种无法获得源码的操作系统，无法确定其安全性。因此应该选用源码开放的RTOS或者自己独立设计一种适合自身系统的RTOS。本文将介绍一种适合于航天应用，特别是面向关键任务（CriticalOriented）的源码开放的RTOS——RTEMS；探索自己开发RTOS设计方法，并对两种方案进行比较。1星

4、载计算机与星载操作系统的特点星载计算机是RTOS运行的硬件环境，了解其特点对于RTOS的选用和设计将更有针对性。星载计算机主要用于卫星的星务管理、数据处理、姿态控制以及对有效载荷进行控制等。根据空间环境、可靠性、安全性、寿命、功耗、重量等方面的要求，星载计算机应具有如下特点：·硬件资源有限，受功耗、尺寸的限制，星载计算机只有有限的内存空间；·CPU型号多样，但不属于通用型CPU，配套的调试工具少。从8位的8031到16位的1750A、8086，到32位的ERC32、80X86，不同的型号任务，不同的研制单位采用不同的CPU型号；·需要考虑空间抗辐射能力，必须考虑

5、单粒子翻转（SEU）和单粒子锁定（SEL）对星载计算机的影响；·对安全性与可靠性要求高；·需要具有在轨可编程功能，对在地面考虑不周和出现意外情况时，能有所补救。针对星载计算机的这些特点，星载操作系统也具有如下特征：·微内核，由于硬件资源有限，因此星载RTOS必须做成微内核的操作系统；*可裁减，能够根据不同的应用对操作系统进行不同的配置，做到量体裁衣，也能更充分地利用硬件资源，减少软件多余物；·强实时性，星载系统都是强实时系统，对实现性要求很高；·高稳定性与高可靠性；·代码可固化，在现在的星载计算机中仍然采用PROM对代码进行固化，这就要求星载RTOS必须是代码可

6、固化的。2采用RTEMS作为星载实时操作系统2.1RTEMS实时操作系统RTEMS（Real-TimeExecutiveforMultiprocessorSystems）实时操作系统最初是美国军方为了实时导弹系统而开发的。当时RTEMS的全称是：Real-TimeExecutiveforMissileSystems。随着该系统功能的逐步完善，应用范围也从Missile扩大到Military，再到Multiprocessor，而形成现在的RTEMS。RTEMS从1993年开始开发，并于1999年开始地外开放源代码，并由OAR公司进行维护和升级。现在最新版本为4.6

7、.0，在OAR的网站（.oarcorp.）上可以下载到相关资源。RTEMS由于具有开放源代码的优势，以及能与最优秀的商业RTOS相的性能，使得它最适合应用到星载计算机中。RTEMS有如下特点：·支持多处理器；·支持事件驱动和基于优先级的多任务实时系统；·支持优先级同级调度，支持单调速率（RMS）算法；·支持多种任务间通信与同步方法；·支持中断管理；·支持动态内存分配与管理；·支持符合POSIX标准的文件系统；·支持多种网络协议，RTEMS带有完整的TCP/IP协议栈，具有强大的网络功能；·RTEMS提供了符合POSIX1003.1b标准，以及ITRON规范的AP

8、I接口；·RTEMS支持C/Ada语言；·RTEMS现在能支持包括ERC32（欧空局用于航天项目的CPU）在内的11种类型的CPU（包括MotorolaMC68K系列、ColdFire、HitachiSH、inteli386、i960、MIPS、Poaphore），建立好（Create）后，对其进行的操作就只有等信号（Pend）和发展信号（Post）。3.2星载实时操作系统的设计要素（1）总体设计星载RTOS的设计属于复杂的软件设计，因此应该按照软件工程规定的V型模型的开发方法实话开发。在总体设计中，应确定操作系统的结构、支持的任务数、采用的调度方案、提供哪些系

9、统服务等问题。在SARR