[发明专利]一种ARINC653标准下的航电系统分区窗口调度方法

说明书

技术领域

本发明属于嵌入式时空分区技术，涉及一种ARINC653标准下的航电系统分区窗口调度方法。

背景技术

针对新型飞机航空电子系统可移植、可重用、高可靠的需要，美国航电委员会于1997年针对新一代飞机数据综合化提出的应用程序接口标准——Arinc653。Arinc653规范中定义了应用程序和操作系统隔离，提出时间隔离、空间分区的概念。我国在2005年提出的GJB5357-2005标准中对这一概念也作出了相关定义。

ARINC653操作系统通过内存管理，给每个单独的应用分区划分一块独享的内存空间，通过软件配置可以调节虚拟内存大小、动态内存总大小。分区的运行空间不会被其他分区所干扰。采用时间调度表的方式调度多分区运行。设定一个总的调度表主时间轴大小，用户可以将时间轴划分多个任意子时间窗口分配给应用分区运行。分区在自己的时间窗口内独享CPU的所有资源，当分区的时间窗口终止时，操作系统将强行将资源切换给调度表中的下一分区。

时分设计的CPU资源划分，使得计算机应用软件的某一子系统故障将不会蔓延到其它系统。CPU资源在时间空间上不会进入某一故障的死锁状态。这种时分设计给系统安全带来了提升。

对于多任务多功能的复杂系统，系统需求、安全等级、周期以及优先级各不相同，如何给出一个合理可靠的分区划分、分区排序、窗口分配、调度顺序，是系统设计能否成功的关键。对于工程应用而言，目前还没有一套关于多分区操作系统时间片调度设计的完整方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种对于多任务多功能的复杂系统、系统需求、安全等级、周期以及优先级各不相同的情况下，如何给出一个合理可靠的分区划分、分区排序、窗口分配、调度顺序的在ARINC653标准下的航电系统分区窗口调度方法。

本发明的技术解决方案

窗口调度的假设条件：

（1）完成分区任务划分后进行，适用于分区划分个数在2～20个之内；

（2）分区划分具有唯一独立IO分区，分区中只有IO分区具有对设备外的总线通讯权限，其他分区为功能分区，仅具有离散量通讯权限；

（3）分区划分运算量均衡，针对于特定性能CPU，最大分区任务运算量不大于最小分区任务运算量10倍；

（4）嵌入式系统分区周期定义为毫秒级别，分区任务周期定义为5ms的整数倍；

（5）分区调度周期大于设备CPU处理周期10倍以上；

（6）分区间通讯采用端口通讯方式，支持采样端口或者队列端口；

采用单位时间片Tp方法，将主时间框架、各分区运行窗口、系统空闲时间窗口以单位时间片Tp的整数倍进行排列，最终得到调度顺序。调度工作流程如下：

步骤1：针对机载计算机CPU计算能力，按照各分区分配功能，估算系统分区1、分区2…、分区n运行开销时间为t1、t2、t3…tn；

步骤2。设航电系统对分区运行余量要求为q%，分区时间窗口（i=1，2,…n）计算各分区的窗口时间为Tw1、Tw2…Twn；

步骤3：各分区取整后的窗口时间为Tw1、Tw2…Twn，设分区的任务周期包含P1、P2、P3…Pm共m种不同周期，其中Pi<=Pj(j>i,j=1,2,…m),由上述假设条件（4）P1、P2、P3…Pm为5ms的整倍数，取P1、P2、P3…Pm、Tw1、Tw2…Twn的最大公约数为基准时间片Tp；

步骤4：IO分区负责各分区的数据对外通讯，IO分区周期为所有周期的最小值min（Pi）（i=1，2,…m）。定义主时间框架为Ts，所有分区时间窗口在Ts上进行排列，分区运行从Ts起始运行，逐步运行完所有分区以及系统空闲后到达Ts末端，到达Ts末端后，系统再次从Ts起始循环运行；

步骤5：定义所有任务周期P1、P2、P3…Pm的公约数和公倍数集合Vt，定义任一周期Pi，满足（1）对于任意小于Pi的周期Pj（j=1,2,…i），Pi是Pj（j=1,2,…i公倍数，（2）对于任意大于Pi的周期Pk（k=i,i+1,…m），Pi是Pk（k=i,i+1,…m）公约数；定义所有Pi的集合为Vp，取集合V＝Vt∪Vp；

步骤6：设航电系统运行时间余量为p%，分区i的最小周期为Pmi，取为调度表中应用运行总时间；计算为系统调度表最小安全门限；

步骤7：计算航电系统主时间框架为Ts，Ts为满足如下要求的最小值:(1)Ts∈V;（2）Ts应不小于最小安全门限；