高可靠嵌入式实时操作系统的研究及实现

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1、摘要高可靠嵌入式实时操作系统的研究与实现摘要进入二十一世纪，随着新技术不断地涌现，实时软件的复杂度大大提高，实时系统必须支持在线升级，而升级不可避免地存在引入错误的风险可能，从而即使广泛的系统级综合测试也难以确保系统的可靠性。同时，系统外部设备趋向于开放式、多功能、可管理的智能化设备，嵌入式应用应根据需要动态的定制、扩展驱动程序，设备的安全性和易管理性变得尤为重要。因此，实时操作系统须为嵌入式系统的高可靠性提供基础保障，支持系统的可靠升级、故障隔离、故障避免和容错的手段，保证实时软件及时更新和可靠运行，高可靠的嵌入式实时技术已经成为未来实时操作系统技

2、术的发展趋势。另外，现代的实时系统不再是一个孤立的系统，往往和其他系统相关联，应用的隔离和安全显得尤为重要。在航空电子领域，系统结构经历了从分立式、联合式、综合式和高度综合式四个阶段。综合化从显示器推进到数据处理，又推进到传感器系统。综合化也需要一种全新的操作系统来进行支持。本文以华东计算计算研究所开发的嵌入式实时操作系统ReWorks为基础研究用于航空电子领域的高可靠嵌入式实时操作系统。本文着重研究用于航空电子的高可靠嵌入式实时操作系统的构建，主要是虚拟分区执行环境的建立，其中涉及到分区的存储域保护技术、分区的时间域保护技术、基于时间窗口的分区调度

3、、基于动态加载的分区加载技术等。同时，需要建立分区，分区本身也是一实时操作系统，主要包括任务管理、任务间的通讯技术等。高可靠嵌入式操作系统的关键技术主要包括：基于时空域保护的高可靠技术，为使实时系统中各功能域公平使用系统资源，满足实时处理需求，将系统进行逻辑分区，使各功能域中的所有任务在各自的分区上执行。分区是任务的执行环境，是一个执行容器，也是安全关键内核的调度单位。分区拥有第I页摘要独立的CPU时间和内存空间，并与其他分区相隔离。安全关键内核根据分配的时间窗口对分区进行全局调度。系统的蓝图配置，蓝图描述了高可靠系统的各种资源分配以及各种动作的

4、定义，系统的安全保障很大部分取决于蓝图的正确性，为提高开放性，蓝图的描述将基于商用数据交换语言(XML语言)进行。本文的研究成果是在ReWorks的基础上设计和实现一个基于ARCINC653标准的高可靠嵌入式实时操作系统，应用在航空电子领域。本文的创新在于按照虚拟分区实现高可靠系统，可以使多个系统功能模块运行在同一个CPU上，在功能上能够相互融合，并支持系统的灵活配置部署。另外，本文中的高可靠嵌入式系统按照ARINC653标准进行设计实现，除了本系统相互间通信符合标准外，可以与其他符合ARINC653标准的操作系统相互通信，如风河公司的VxWorks

5、653操作系统等。另外，本文描述了应用加载的全过程，包括蓝图配置、蓝图解析、分区加载等；本文还系统健康监控进行了描述，以及对于故障的恢复机制，比如系统重启、系统重构等。从而，支持了整个大系统中的模块统一安装、运行以及重新部署。关键词分区，健康监控，蓝图，端口，空间域，时间域第II页ABSTRACTRESARCHANDIMPLEMENTATIONOFHIGHRELIABILITYREAL-TIMEEMBEDDEDOPERATINGSYSTEMABSTRACTEnteringthe21stcentury,withthesteadydevelopme

6、ntsofnewtechnologies,thecomplexityofreal-timesoftwareisgrowingsignificantly.Real-timesystemmustsupporton-lineupgrading,whichmayinevitablyriskintroducingnewbugs,thereforeitwillbedifficulttoensurethereliabilityofthesystemevenwithawiderangeofintegratedsystemleveltests.Meanwhile,th

7、esystemperipheralstendtobeopen,multi-functional,andmanageableintelligentdevices,andtheembeddedapplicationsneedtobecustomizableandexpansibleforthedevicedriversdynamically.Thesecurityandmanageabilityofthedeviceshavebecomecrucial.Asaresult,real-timeoperatingsystemmustprovideahighl

8、yreliableplatformwithmeanssuchasreliableupgrading,faul