一種大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法
【專利摘要】計(jì)算機(jī)機(jī)載嵌入式軟件領(lǐng)域，具體涉及大型飛機(jī)綜合化平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法。本發(fā)明的具體步驟：1)分析大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中需要綜合的系統(tǒng)功能；2)制定分區(qū)劃分原則對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分區(qū)劃分；3)選擇分區(qū)操作系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)劃分的分區(qū)進(jìn)行配額管理；4)針對(duì)各個(gè)分區(qū)應(yīng)用軟件進(jìn)行編碼、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)任務(wù)安全共享。本發(fā)明解決了平板方式下多任務(wù)不可隔離保護(hù)存在安全隱患問題，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用分區(qū)空間、時(shí)間隔離保護(hù)，提高大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)下不同安全級(jí)別任務(wù)安全共享同一處理資源能力，改進(jìn)整機(jī)系統(tǒng)安全性。
【專利說明】一種大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)軟件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中，多個(gè)子系統(tǒng)綜合到同一處理資源上，共享處理資源和1資源。隨著處理機(jī)能力飛速發(fā)展速度急劇提高，同一處理資源上駐留的軟件功能不再單一，而且規(guī)模巨大，因此，要求系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間和空間分區(qū)，在同一模塊上軟件被分解成不同關(guān)鍵級(jí)別的構(gòu)建分配在不同的分區(qū)中。分區(qū)可以減少或者消除一個(gè)分區(qū)的故障對(duì)另一個(gè)分區(qū)的功能和性能，如果沒有分區(qū)，最高關(guān)鍵級(jí)別將被延展到整個(gè)系統(tǒng)，故障的作用域被最大化，應(yīng)用軟件之間、應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)之間的相互破壞被最大化，同時(shí)也帶來認(rèn)證和測(cè)試的開銷最大化化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決平板方式下多任務(wù)不可隔離保護(hù)存在安全隱患問題，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用分區(qū)空間、時(shí)間隔離保護(hù)，提高大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)下不同安全級(jí)別任務(wù)安全共享同一處理資源能力，提高整機(jī)系統(tǒng)安全性一種大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法。
[0004]本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
[0005]一種大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]I)分析大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中需要綜合的系統(tǒng)功能；
[0007]2)制定分區(qū)劃分原則，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分區(qū)劃分；所述系統(tǒng)分區(qū)劃分原則包括:
[0008]原則a:按照步驟I)中的系統(tǒng)功能，相對(duì)獨(dú)立的功能獨(dú)立分區(qū)；
[0009]原則b:按照任務(wù)安全級(jí)別，不同安全級(jí)別的任務(wù)劃分為不同分區(qū)；
[0010]原則c:按照任務(wù)之間耦合度，耦合度高的任務(wù)統(tǒng)一在相同分區(qū)，降低通信開銷；
[0011]原則d:按照任務(wù)速率組；
[0012]原則e:按照技術(shù)保護(hù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，或按照開發(fā)商劃分分區(qū)；
[0013]3)對(duì)系統(tǒng)劃分的分區(qū)進(jìn)行配額管理；配額管理包括分區(qū)的時(shí)間配額、分區(qū)的空間配額以及分區(qū)通信的配額；
[0014]所述分區(qū)的時(shí)間配額的具體步驟是:
[0015]3.1)創(chuàng)建主時(shí)間框架；
[0016]系統(tǒng)按照主時(shí)間框架調(diào)度所有分區(qū)；分區(qū)中有多個(gè)周期進(jìn)程，分區(qū)周期由所有進(jìn)程的周期確定，根據(jù)分區(qū)周期的最小公倍數(shù)，或其倍數(shù)確定主時(shí)間框架；
[0017]3.2)在主時(shí)間框架中為分區(qū)安排調(diào)度時(shí)間窗口 ；
[0018]時(shí)間窗口是主時(shí)間框架中分給相應(yīng)分區(qū)的執(zhí)行時(shí)間；在主時(shí)間框架內(nèi)為每一個(gè)分區(qū)分配一個(gè)或多個(gè)時(shí)間窗口，使其滿足所有分區(qū)能夠在規(guī)定的周期時(shí)間內(nèi)被執(zhí)行；
[0019]所述分區(qū)的空間配額管理主要是存儲(chǔ)器的配額管理，包括指定存儲(chǔ)空間地址范圍以及允許分區(qū)內(nèi)進(jìn)程申請(qǐng)的空間的大??；
[0020]分區(qū)內(nèi)的進(jìn)程只能訪問該分區(qū)的存儲(chǔ)資源，若進(jìn)程試圖訪問其他分區(qū)的存儲(chǔ)資源，系統(tǒng)將產(chǎn)生異常，阻止該非法訪問。具體的分區(qū)空間配置根據(jù)操作系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行；
[0021]所述分區(qū)通信的配額是指對(duì)分區(qū)間通信端口進(jìn)行配置；分區(qū)間通信的基本機(jī)制是端口，端口由虛通道連接，一個(gè)分區(qū)可以在分配給它的時(shí)間窗口中使用分配給它的虛通道發(fā)送消息以及獨(dú)占地訪問虛通道緩沖。端口及其通道配置具體由操作系統(tǒng)提供。
[0022]4)針對(duì)各個(gè)分區(qū)應(yīng)用軟件進(jìn)行編碼、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)分區(qū)間的任務(wù)安全共享。
[0023]上述分區(qū)劃分原則按照原則a至原則e的順序依次進(jìn)行。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]1、本發(fā)明按照應(yīng)用任務(wù)安全級(jí)別、功能聚類、耦合程度等劃分應(yīng)用分區(qū)，利于應(yīng)用軟件分別開展合格性審查及第三方測(cè)評(píng)，降低系統(tǒng)適航認(rèn)證及軟件測(cè)評(píng)成本；
[0026]2、本發(fā)明利用分區(qū)操作系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同安全級(jí)別應(yīng)用任務(wù)安全共享同一處理資源，提高硬件資源利用率，降低系統(tǒng)開銷及維護(hù)成本，提高系統(tǒng)安全性；
[0027]3、本發(fā)明利用多態(tài)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)安全保護(hù)；
[0028]4、本發(fā)明處理機(jī)資源按照時(shí)間、空間分區(qū)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件獨(dú)立開發(fā)、分別調(diào)試，將故障隔離在子系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)階段，為系統(tǒng)整體集成掃清障礙。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1本發(fā)明的流程示意圖:
[0030]圖2主時(shí)間框架示意圖:
[0031]圖3空間分區(qū)示意圖:

【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明提出了一種大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法，具體流程如圖1所示。
[0033]首先對(duì)大型飛機(jī)管理綜合處理平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹:
[0034]大型飛機(jī)管理綜合處理平臺(tái)由I個(gè)集成機(jī)架、多個(gè)LRM模塊組成?；九渲冒?
[0035]1、集成機(jī)架，可提供多個(gè)LRM模塊插槽；
[0036]2、CPM模塊，通用處理模塊多塊，完成數(shù)據(jù)處理，采用PPC G4CPU處理器；
[0037]3、MMM模塊，大容量存儲(chǔ)模塊；
[0038]4、1M模塊，輸入輸出模塊；
[0039]5、BCM模塊，總線控制模塊；
[0040]6、PSM模塊，完成供電。
[0041]基于上述平臺(tái)，提出了本發(fā)明的方法，該方法的具體步驟如下:
[0042]步驟I)分析共享綜合處理平臺(tái)的系統(tǒng)功能，并確定任務(wù)駐留的處理機(jī)(系統(tǒng)任務(wù)劃分)
[0043]在已實(shí)現(xiàn)的大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)上，為了確保系統(tǒng)功能，可能綜合的功能包括:多總線(AFDX、CAN、429、1553B等)數(shù)據(jù)采集和輸出、燃油系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制、液壓系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制、環(huán)控監(jiān)測(cè)與控制、起落架監(jiān)測(cè)與控制、艙門監(jiān)測(cè)與控制、防冰監(jiān)測(cè)與控制、剎車監(jiān)測(cè)與控制、氣動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制、供電監(jiān)測(cè)與控制、應(yīng)用軟件地面加卸載、機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控等。
[0044]步驟2)制定系統(tǒng)分區(qū)劃分原則，進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)劃分。本發(fā)明確定的原則是，按照如下原則a至原則e的順序考慮分區(qū)劃分:
[0045]原則a:按照步驟I)中的系統(tǒng)功能，針對(duì)獨(dú)立的功能獨(dú)立分區(qū)；
[0046]原則b:按照任務(wù)安全級(jí)別，不同安全級(jí)別的任務(wù)獨(dú)立分區(qū)；
[0047]原則c:按照任務(wù)之間耦合度，耦合度高的任務(wù)統(tǒng)一在相同分區(qū)，降低通信開銷；
[0048]原則d:按照任務(wù)速率組劃分，盡量將相同速率的一組任務(wù)劃分在同一分區(qū)；
[0049]原則e:按照技術(shù)保護(hù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，按照開發(fā)商劃分分區(qū)。
[0050]步驟3)選擇分區(qū)操作系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)劃分的分區(qū)進(jìn)行配額管理
[0051]在傳統(tǒng)聯(lián)合航電中，每個(gè)子系統(tǒng)有自己獨(dú)立專用的處理機(jī)，并獨(dú)占該處理機(jī)處理資源和1資源；在大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中，多個(gè)子系統(tǒng)綜合到同一處理機(jī)上，共享處理資源和1資源。因此，在大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中，使用分區(qū)對(duì)綜合子系統(tǒng)之間進(jìn)行隔離，需對(duì)分區(qū)的時(shí)間、空間、通信進(jìn)行配額管理；配額管理分為以下三種方式:分別是分區(qū)的時(shí)間配額、分區(qū)的空間配額以及分區(qū)通信的配額；
[0052]以下對(duì)分區(qū)的時(shí)間配額進(jìn)行介紹:
[0053]在分區(qū)系統(tǒng)中，多個(gè)分區(qū)共享一個(gè)處理資源，所以需對(duì)分區(qū)執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行配置，采用主時(shí)間框架對(duì)分區(qū)時(shí)間進(jìn)行配置，將被調(diào)度的分區(qū)，至少為他們安排一個(gè)時(shí)間窗。主時(shí)間框架如圖2所示，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，該框架周而復(fù)始的循環(huán)執(zhí)行。
[0054]3.1)創(chuàng)建主時(shí)間框架；
[0055]系統(tǒng)按照主時(shí)間框架調(diào)度所有分區(qū)；分區(qū)中有多個(gè)周期進(jìn)程，分區(qū)周期由所有進(jìn)程的周期確定，根據(jù)分區(qū)周期的最小公倍數(shù)，或其倍數(shù)確定主時(shí)間框架；
[0056]3.2)在主時(shí)間框架中為分區(qū)安排調(diào)度時(shí)間窗口 ；
[0057]主時(shí)間框架是系統(tǒng)的分區(qū)的周期的最小公倍數(shù)，或其倍數(shù)。在主時(shí)間框架內(nèi)為每一個(gè)分區(qū)分配一個(gè)或者多個(gè)時(shí)間窗口，只有在分區(qū)的時(shí)間窗口內(nèi)，分區(qū)才允許執(zhí)行，并且只能在分區(qū)的時(shí)間窗口內(nèi)執(zhí)行。
[0058]以下對(duì)分區(qū)的空間配額進(jìn)行介紹:
[0059]分區(qū)的空間配額管理主要是存儲(chǔ)器的配額管理。
[0060]利用處理器的存儲(chǔ)管理單元(MMU)，為每一個(gè)分區(qū)劃分存儲(chǔ)器空間，分區(qū)內(nèi)的程序只能訪問該分區(qū)的存儲(chǔ)資源，如果分區(qū)試圖訪問其他分區(qū)的存儲(chǔ)資源，系統(tǒng)將產(chǎn)生異常，由系統(tǒng)接管該異常，從而阻止該非法訪問?？臻g配額管理如圖3所示。
[0061]分區(qū)內(nèi)的用戶程序和操作系統(tǒng)處于兩個(gè)不同的級(jí)別，用戶程序運(yùn)行于用戶態(tài)，操作系統(tǒng)運(yùn)行于系統(tǒng)態(tài)，如果用戶的程序直接訪問操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間，同樣產(chǎn)生一個(gè)異常，阻止該非法訪問，防止應(yīng)用對(duì)操作系統(tǒng)的破壞。
[0062]如果應(yīng)用的一個(gè)錯(cuò)誤導(dǎo)致申請(qǐng)的空間超過了給分區(qū)的配額，那么只是對(duì)該分區(qū)產(chǎn)生影響，而不會(huì)對(duì)其他的分區(qū)產(chǎn)生影響。
[0063]以下對(duì)分區(qū)通信的配額進(jìn)行介紹:
[0064]分區(qū)不是孤立的，分區(qū)之間需要通信。
[0065]分區(qū)間通信的基本機(jī)制是端口，端口由虛通道連接；每一個(gè)分區(qū)分配給它若干個(gè)虛通道，一個(gè)分區(qū)可以在分配給它的時(shí)間窗口中使用分配給它的虛通道發(fā)送消息以及獨(dú)占地訪問虛通道緩沖。因此，分區(qū)通信端口、通道需要根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行靜態(tài)配置、分配(具體配置工具由操作系統(tǒng)提供)。
[0066]步驟4)針對(duì)各個(gè)分區(qū)應(yīng)用軟件進(jìn)行編碼、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)分區(qū)間的任務(wù)安全共享。
[0067]完成分區(qū)應(yīng)用功能編碼實(shí)現(xiàn)以及調(diào)試。
[0068]總結(jié):在綜合平臺(tái)中應(yīng)用分區(qū)操作系統(tǒng)，并將系統(tǒng)綜合的任務(wù)通過上述方法分區(qū)、配置、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，完成不同安全級(jí)別任務(wù)安全共享綜合處理平臺(tái)中所有處理資源。
【權(quán)利要求】
1.一種大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)分析大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中需要綜合的系統(tǒng)功能； 2)制定分區(qū)劃分原則，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分區(qū)劃分；所述系統(tǒng)分區(qū)劃分原則包括: 原則3:按照步驟1)中的系統(tǒng)功能，相對(duì)獨(dú)立的功能獨(dú)立分區(qū)； 原則6:按照任務(wù)安全級(jí)別，不同安全級(jí)別的任務(wù)劃分為不同分區(qū)； 原則^:按照任務(wù)之間耦合度，耦合度高的任務(wù)統(tǒng)一在相同分區(qū)，降低通信開銷； 原則(1:按照任務(wù)速率組； 原則6:按照技術(shù)保護(hù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，或按照開發(fā)商劃分分區(qū)； 3)對(duì)系統(tǒng)劃分的分區(qū)進(jìn)行配額管理；配額管理包括分區(qū)的時(shí)間配額、分區(qū)的空間配額以及分區(qū)通信的配額； 所述分區(qū)的時(shí)間配額的具體步驟是: 3.1)創(chuàng)建主時(shí)間框架； 系統(tǒng)按照主時(shí)間框架調(diào)度所有分區(qū)；分區(qū)中有多個(gè)周期進(jìn)程，分區(qū)周期由所有進(jìn)程的周期確定，根據(jù)分區(qū)周期的最小公倍數(shù)，或其倍數(shù)確定主時(shí)間框架； 3.2)在主時(shí)間框架中為分區(qū)安排調(diào)度時(shí)間窗口 ； 時(shí)間窗口是主時(shí)間框架中分給相應(yīng)分區(qū)的執(zhí)行時(shí)間；在主時(shí)間框架內(nèi)為每一個(gè)分區(qū)分配一個(gè)或多個(gè)時(shí)間窗口，使所有分區(qū)在規(guī)定的周期時(shí)間內(nèi)被執(zhí)行； 所述分區(qū)的空間配額管理主要是存儲(chǔ)器的配額管理，包括指定存儲(chǔ)空間地址范圍以及允許分區(qū)內(nèi)進(jìn)程申請(qǐng)的空間的大?。? 分區(qū)內(nèi)的進(jìn)程只能訪問該分區(qū)的存儲(chǔ)資源，若進(jìn)程試圖訪問其他分區(qū)的存儲(chǔ)資源，系統(tǒng)將產(chǎn)生異常，阻止該非法訪問； 所述分區(qū)通信的配額是指對(duì)分區(qū)間通信端口進(jìn)行配置；分區(qū)間通信的基本機(jī)制是端口，端口由虛通道連接，一個(gè)分區(qū)可以在分配給它的時(shí)間窗口中使用分配給它的虛通道發(fā)送消息以及獨(dú)占地訪問虛通道緩沖端口及其通道配置具體由操作系統(tǒng)提供； 4)針對(duì)各個(gè)分區(qū)應(yīng)用軟件進(jìn)行編碼、調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)分區(qū)間的任務(wù)安全共享。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型飛機(jī)綜合處理平臺(tái)中的任務(wù)安全共享方法，其特征在于:所述分區(qū)劃分原則按照原則3至原則6的順序依次進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】G06F21/57GK104462987SQ201410719305
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】張曉紅, 郝玉鍇, 牟明, 李向東, 陳福, 徐 明 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司第六三一研究所