天脉ACoreOS嵌入式实时操作系统

天脉2嵌入式实时操作系统入门培训教程目录2航空软件开发中心核心操作系统和分区调度3分区操作系统和进程调度4分区间通信5健康监控6ARINC653标准1天脉2操作系统概述2IO分区7应用移植8ARINC653标准（一）ARINC653标准是什么？ARINCSpecification653,AvionicsApplicationSoftwareStandardInterface,Supplement2.ARINC653是一个用于现代飞机综合化航电系统（IMA）的应用执行标准。3联合方式航电综合化航电系统(IMA)航空数据计算机飞行管理系统航空数据计算机飞行管理系统具有分区功能的操作系统ARINC429ARINC653标准（二）4联合方式航电飞行控制系统飞行管理系统惯性导航系统显示系统导航计算机任务计算机发动机控制系统发动机监控系统火控系统武器控制系统存储管理系统目标计算机雷达系统传感器系统前视红外雷达ARINC653标准（三）5综合化航电系统雷达系统传感器系统前视红外雷达武器控制系统存储管理系统显示系统发动机控制系统发动机监控系统火控系统飞行控制系统飞行管理系统惯性导航系统ARINC653标准（四）6目的：解决由于综合化、模块化带来的故障隔离问题。定义：航电计算机操作系统与应用的通用接口；作用：标准服务接口，包括：控制调度、通信和获得内部处理单元的信息等；目标：应用软件可独立开发，运行在同一硬件平台上。ARINC653标准（五）分为4个部分：PART1-RequiredServices：基本服务PART2-ExtendedServices：扩展服务PART3-ConfirmityTestSpecification：符合性测试规范PART4-SubsetServices：受限制的服务子集。ARINC653标准（六）PART1提供的标准服务接口：分区管理（2个）进程管理（14个）时间管理（5个）存储管理分区内通信（23个）分区间通信（10个）健康监控（4个）目录9航空软件开发中心核心操作系统和分区调度3分区操作系统和进程调度4分区间通信5健康监控6ARINC653标准1天脉2操作系统概述2IO分区7应用移植8ACoreOS653基本描述信息描述名称天脉2机载嵌入式实时操作系统代号ACoreOS653主要功能支持分区管理和调度、分区间通信、健康监控管理、进程管理、时间管理等功能.开发语言C语言/汇编开发平台LambdaAE运行平台支持机载常用的Intel80486及以上系列单核处理器和PowerPC6xx、7xx、74xx、85xx单核处理器为目标机代码规模20余万行软件版本V1.0.0重要度等级关键10ACoreOS653操作系统特点11技术特征强实时性中断可嵌套，响应快速APPS实现分区可抢占分区内进程优先级抢占分区按时间表调度Work任务预防阻塞可靠性基于MMU的空间隔离可预防故障蔓延提供健康监控机制提供错误处理动作强化鲁棒性设计安全性按DO-178BA级要求开发编码符合GJB5369-2005开展FTA和FMEA分析确定性静态空间配置分配分区调度时间可配置分区间通信可配置故障处理可配置系统运行资源可配置充分验证基于需求的测试失效场景测试开展MC/DC测试典型机载设备地面试验验证和试飞确认适应性支持机载常用处理器三层栈支持可升级支持机载常用功能组件支持系统、分区级和进程级三级调试可裁剪、可定制ACoreOS653体系结构12模块支持层核心操作系统(CoreOS)可配置组件文件系统运行时库BIT管理IMA硬件平台分区操作系统(PartitionOS)分区操作系统(PartitionOS)分区操作系统(PartitionOS)分区操作系统(VthreadOS)分区操作系统(PosixOS)分区应用1分区应用2分区应用3分区应用4分区应用5分区1分区2分区3分区4分区5调度表管理健康监控分区时/空管理配置数据虚中断管理分区间通信进程管理通信管理时间管理虚中断管理基本概念（一）分区软件运行的逻辑单元，包括：软件运行所需的空间资源、时间资源以及分区本身所需具备的资源；分区包括空间分区时间分区13航空软件开发中心基本概念（二）进程分区中程序单元周期、非周期分区资源应用分区中运行的软件分区-房间、应用-人虚中断紧急事件通知机制14基本概念（三）配置数据配置整个系统的属性调度表多个分区运行时序、运行时间、频率系统调用应用分区请求核心操作系统提供服务的机制共享数据区分区之间确定性存储器共享的机制15航空软件开发中心功能组成16航空软件开发中心应用层（AL）应用分区BIT管理文件系统模块支持层（MSL）IM管理ASPBIT测试模块支持层与核心操作系统接口C运行时库系统级调试代理分区操作系统应用分区操作系统与应用软件接口可配置组件操作系统层（OSL）应用分区应用进程级健康监控任务管理任务间通信管理时间管理设备管理定时器管理分区时空管理分区间通信管理存储管理核心操作系统分区级调试代理扩展管理中断/异常管理分区内日志信息输出分区内错误号管理分区管理分区间通信服务共享数据区调度表管理服务C++运行时库支持系统调用虚中断处理分区内异常管理分区内体系结构管理分区操作系统初始化看门狗管理MSL故障处理任务级通信代理系统级通信代理核心操作系统初始化分区时空管理服务进程管理分区存储管理分区时间管理虚中断管理分区管理分区内通信管理健康监控配置数据管理调度表管理错误号管理系统信息获取系统调用扩展日志信息输出信息结构管理模块支持层CPU体系结构支持包BIT测试映像管理系统级通信代理系统级调试代理模块支持层故障处理17航空软件开发中心核心操作系统运行在系统态主要实现分区的管理和调度分区间通信系统的故障监控系统内资源管理设备管理中断/异常管理18航空软件开发中心分区操作系统运行在用户态驻留于每个分区主要实现分区内进程管理和调度分区内资源管理19航空软件开发中心可配置组件C运行时库C++运行时库BIT管理文件系统分区级调试代理任务级通信代理20航空软件开发中心目录21航空软件开发中心核心操作系统和分区调度3分区操作系统和进程调度4分区间通信5健康监控6ARINC653标准1天脉2操作系统概述2IO分区7应用移植8核心操作系统功能（一）提供单个CPU目标平台的资源管理和分区时空管理将应用隔离到不同的分区系统所有地址空间全部在配置时确定分区管理和创建分区创建为内部接口（基于确定性和安全性）根据配置表为每一个分区分配执行时间实现分区的轮转调度22航空软件开发中心管理分区间通信为分区操作系统提供系统调用服务模块级/分区级健康监控配置记录的加载和存储共享数据区管理所有共享的资源中断/异常系统时间内存I/O服务23航空软件开发中心核心操作系统功能（二）核心操作系统-存储器保护（一）使用存储器MMU单元逻辑地址和物理地址的转换空间访问权限的定义创建多个MMU存储器上下文（核心操作系统上下文空间、每个分区独立的上下文空间）分区之间的隔离保护每个分区的逻辑地址空间相同（可配置）通过分区独立的上下文空间映射到不同的物理地址分区和核心操作系统的隔离保护核心操作系统上下文空间系统态可访问24航空软件开发中心核心操作系统-存储器保护（二）使用存储器MMU单元完成其他功能向量表的保护核心操作系统的任务栈保护核心操作系统的中断栈保护分区操作系统的进程栈保护分区之间共享数据区的访问权限设置25航空软件开发中心核心操作系统-任务调度任务功能分区/模块级健康监控驻留于核心操作系统的代理功能分区操作系统其他核心操作系统功能和用户自定义功能任务和分区的关系任务跟随分区调度任务跟随核心操作系统调度指定任务执行所占用的时间窗口26航空软件开发中心核心操作系统-分区状态定义冷启动态热启动态空闲态正常态27航空软件开发中心分区状态转换图核心操作系统-分区重启动分区重启动的分类冷启动以COLD_START为参数调用SET_PARTITION_MODE热启动以WARM_START为参数调用SET_PARTITION_MODE冷/热启动的区别冷启动将重新复制分区的代码段，重新复制分区及共享库的数据段、只读数据段、永久数据段，重新初始化分区及共享库的BSS段、永久BSS段热启动只复制分区及共享库的数据段，重新初始化分区及共享库的BSS段28航空软件开发中心核心操作系统-分区调度（一）29调度策略时间调度表（XML文件配置）可定义256个调度表通过程序完成调度表的切换最小时间窗口是100微秒时间窗口和系统时钟TICK的关系（向上取整）分区没有优先级核心OS中与分区关联的任务在本分区的时间窗口内执行核心操作系统-分区调度（二）在一个主时间框架内，可以对分区进行多次调度30航空软件开发中心Partition1Partition2Partition3Partition1Partition2Partition1Partition2Duration1Duration2Activation1Activation2MajorTimeFrameSPARE核心操作系统-分区调度（三）多调度表缺省调度表多调度表切换下一主时间框下一时间窗口下一时钟tick调度表切换动作冷启动热启动挂起忽略31核心操作系统-虚中断（一）分区响应核心操作系统紧急事件由核心操作系统向指定分区发送8种虚中断类型VT_EVENT_RELEASE_POINT（周期进程释放点）VT_EVENT_WARM_RESTART（热启动）VT_EVENT_USER（用户扩展）VT_EVENT_CLOCK_TICK（时钟）VT_EVENT_SC_COMPLETE（阻塞性系统调用）VT_EVENT_UC_RAPHSODY（RHAPSODY代理）VT_EVENT_DEBUG（其他事件，用于操作系统扩展）VT_EVENT_EXTEND32航空软件开发中心核心操作系统-虚中断（二）响应虚中断时机响应方式API接口虚中断注册STATUSvIntEventHandlerRegister(VT_EVENT_HANDLERhandler)33航空软件开发中心核心操作系统-系统调用（一）分区操作系统和应用软件（用户态）可通过系统调用对核心操作系统（系统态）进行访问；为分区操作系统提供统一的系统调用入口访问核心操作系统为应用软件提供专用的系统调用服务访问核心操作系统系统调用由核心操作系统进行分类、分派。34航空软件开发中心核心操作系统-系统调用（二）系统调用的划分阻塞性系统调用非阻塞性系统调用提供系统调用扩展能力35航空软件开发中心核心操作系统-共享数据区共享数据区共享内存区需要核心操作系统为其分配物理地址空间共享IO需要分区及核心操作系统共同访问的IO空间36航空软件开发中心目录37航空软件开发中心核心操作系统和分区调度3分区操作系统和进程调度4分区间通信5健康监控6ARINC653标准1天脉2操作系统概述2IO分区7应用移植8分区操作系统（一）分区操作系统以共享库方式存在代码段为所有分区共有每个分区有自己的数据拷贝运行在用户态每个分区都存在一个分区操作系统应用程序可以通过系统调用，请求核心操作系统服务38航空软件开发中心分区操作系统（二）功能进程管理和调度(优先级抢占调度)系统对象管理(信号量，缓冲，事件等)分区内堆管理(malloc)（可以通过配置禁止或者使能）运行时库(C库，数学库，标准输入输出库，APEX，VThreads)软看门狗定时器进程级健康监控39航空软件开发中心分区操作系统（三）提供支持APEX接口的分区操作系统分区操作系统使用的所有空间分配均在应用分区的空间内分配所有对