基于SPARC与RTEMS的飞行控制软件开发技术

　　采用高级语言的实时多任务操作系统的出现,为提高飞行控制软件的实时性、安全性、可靠性提供了很好的保障,使用实时多任务操作系统能够打破传统的“控制流+中断”的嵌入式软件的设计思路,为开发人员提供一个软件平台,从而提高代码重用性和开发效率,缩短开发周期。RTEMS实时多任务操作系统是美国导弹司令部组织开发并开放源代码的军用操作系统,其内核简洁、实时性强,特别适用于复杂的使用嵌入式的领域,已成功应用于国内外卫星和海军的部分项目。该操作系统支持多种处理器,其中应用较为广泛的是SPARC处理器。目前我国已经掌握了SPARC处理器开发技术,采用RTEMS和SPARC软硬件平台,对于保障我国国防安全具有至关重要的意义。

　　1　软件开发模式及层次结构

　　1. 1　飞行控制软件开发模式

　　引入RTEMS操作系统后,飞行控制软件开发环境由主机和目标机构成如图1所示,主机通过RS232与目标机的DSU(Debug SupportUnit)相连。系统启动时, DSU可以探测系统工作频率, RAM,ROM等资源,并对系统进行硬件初始化,同时用户可以通过DSU查看系统所有资源,包括系统寄存器、存储器等。这种开发机制大大提高了软件调试能力,与X86,DSP等其他处理器相比大大减少了系统开发成本。

　　主机(Host):主机上装有集成开发环境,具有编辑、编译和调试等功能。开发工具有:交叉编译工具GCC (sparc-rtems-gcc),调试工具(sparc-rtems-gdb),固化处理工具(mkprom),调试支持单元(DSU)。

　　目标机(Target):软件运行平台,程序下载到目标机或固化在目标机上运行。

　　1. 2　飞行控制软件层次结构

　　由SPARC V8和RTEMS构成的软硬件平台的飞行控制软件的层次结构如表1。

　　硬件层:系统硬件平台由SPARC V8处理器、接口板、通信板等硬件组成。SPARC V8处理器是32位RSIC处理器, CPU内部指令采取单指令发射流水线,具备5级流水线,每个周期可以执行一条指令。内部设计了硬件乘法器、除法器和64位浮点运算器。SPARC V8处理器采用AMBA总线作为片内系统架构总线,片上各模块通过AMBA进行通讯和数据交换,因此系统具有很高的性能和扩展性。更为重要的是,该处理器内核源代码开放,已经实现国产化。

　　板卡支持层:该层对各种硬件功能提供了统一的接口,包括板卡支持软件包BSP(Board SupportPackage)和驱动程序(Drivers)2部分构成。BSP完成硬件和操作系统运行环境初始化。驱动程序是I/O系统和硬件设备之间的连接层,屏蔽硬件操作,对I/O系统提供服务,这样开发人员不必关心硬件实现细节,降低了工作量。

　　操作系统层:嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,能够有效管理系统资源(包括存储管理、I/O管理),操作系统提供高效的任务间通信机制,采用抢占式调度策略对任务进行调度管理,为应用软件开发提供平台支持。RTEMS采用微内核技术管理系统的所有对象(包括任务、消息队列、信号量、内存分块、内存分区、时钟等资源),微内核结构提高了系统的实时性,并且可以根据用户需要进行剪裁。RTEMS具备以下特点: