[发明专利]一种并发中断驱动软件系统的时序确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并发中断驱动软件系统的时序确定方法，能够通过应用到实时性要求较高，时序复杂的嵌入式系统设计中，保证系统的时序正确性。主要在航天器控制系统上使用，属于嵌入式系统技术领域。

背景技术

航天器控制系统是一个实时嵌入式系统，在这个系统中集中和分布、同构和异构、同步和异步、顺序和并发、离散和连续、时间触发和事件触发并存，其时序问题十分复杂。航天嵌入式软件是典型的中断驱动的软件系统，并发、中断导致程序行为的不确定性。其行为多并发，中断与任务并存且彼此关联，系统内的任务和中断处理实际上是以交错的方式在执行，这种交错执行必须满足正确的时序关系，否则系统就会发生故障。

传统的设计方法缺乏针对中断驱动软件系统全面的时序设计，只是给出初步的时间和时序约束，这种设计存在以下不足：（1）时序要求提的太粗，只是针对大的功能，没有进一步细化到具体的功能模块，无法针对时序要求进行模块设计；（2）时序要求的合理性没有进行分析或分析的不够，时序要求之间甚至会产生矛盾。导致设计出的软件难以满足时序要求；（3）中断中处理的功能设计准则和处理方式没有给出，导致中断中功能设计不足。

随着控制系统的组成部分增多，自主控制的要求逐渐提升，对时序的要求也越来越严格，传统的设计方法已然无法满足中断驱动软件系统对时序的正确性要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种并发中断驱动软件系统的时序确定方法，保证时序的正确性，保证中断之间、中断与任务之间、任务和任务之间的时序协调无冲突。

本发明技术解决方案，一种并发中断驱动软件系统的时序确定方法，实现步骤如下：

（1）进行功能分配

将控制软件的功能分为数据采集和处理模块、姿态和轨道确定计算模块、姿态和轨道控制计算模块、控制指令的输出模块、遥控指令接收和解包处理模块、遥测打包和发送处理模块；

（2）功能模块处理时间确定

针对姿态和轨道确定计算模块和姿态和轨道控制计算模块，估算出功能模块中对应的代码行数，根据所采用计算机每条指令的处理时间，得到姿态和轨道确定计算模块和姿态和轨道控制计算模块的处理时间；

针对数据采集和处理模块、控制指令的输出模块、遥控指令接收和解包处理模块、遥测打包和发送处理模块，分两部分来计算时间：硬件通讯时间和数据处理时间。两部分时间相加得到数据采集和处理模块、控制指令的输出模块、遥控指令接收和解包处理模块、遥测打包和发送处理模块的处理时间；

（3）功能模块调用时间间隔确定

针对姿态和轨道确定计算模块和姿态和轨道控制计算模块，调用时间间隔由算法的调用周期确定；针对数据采集和处理模块和控制指令的输出模块，调用时间间隔由通讯的频率确定；针对遥控指令接收和解包处理模块和遥测打包和发送处理模块，调用时间间隔要求由指令的功能确定；

（4）进行步骤（2）和步骤（3）项时间的合理性分析

判断是否满足功能模块的处理时间小于调用时间间隔，如果满足，执行步骤（5）；如果不满足，重新返回步骤（2）和（3）设置时间要求；

（5）中断处理程序的时序确定

根据控制系统计算机的中断设置，确定中断处理程序的个数、优先级和调用的时间间隔；

（6）中断处理程序中功能模块组成和处理时间确定

根据功能模块和中断处理程序调用间隔时间要求的关系来确定哪些功能模块在哪个中断处理程序中处理；按照优先级高低顺序来确定中断处理程序中的功能组成；根据中断处理程序组成模块的处理时间，得到了中断处理程序的处理时间；

（7）中断处理程序中功能模块的时序正确性防护确定

按照中断处理程序的优先级顺序来确定；根据中断处理程序中功能模块允许被打断的时间是否大于高级中断处理程序的处理时间来确定，如果满足，则本级中断处理中功能模块不需要防护，进行下一级中断处理程序判断；如果不满足，则需对对应的功能模块进行关中断的处理或者其它的防护措施，然后再进行下一级中断处理程序判断。直到完成所有中断处理程序中功能模块的时序正确性防护确定；

（8）任务功能模块的时序正确性防护设计

不在中断处理程序中功能模块都在任务处理程序中处理。根据任务处理程序中功能模块允许被打断的时间是否大于所有中断处理程序处理时间之和来确定，如果满足，则功能模块不需要防护；如果不满足，则需对功能模块进行关中断的处理或者其它的防护措施。

本发明与现有技术相比的有益效果是：