ПРОГРАММИРОВАНИЕ, 2015, No 4, с. 40-46
- СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
УДК 621.391
АВТОМАТИЗАЦИЯ СОЗДАНИЯ ТАБЛИЦЫ КОНФИГУРАЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ В АВИОНИКЕ
© 2015 г. С.Б. Уткин, C.B. Батова, С.А. Благонравов, П.В. Коновалов, И.О. Жаринов
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных
технологий, механики и оптики 197101 г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49 ФГУП «Санкт-Петербургское ОКБ "Электроавтоматика" имени П.А. Ефимова» 198095 г. Санкт-Петербург, ул. Маршала Говорова, 40 E-mail: ser33duck@mail.ru, svetik-kuki@mail.ru, blagonravov88@mail.ru, olkesomewhere@gmail.ru, igor_ rabota@pisem.net Поступила в редакцию 02.09.2014
Рассматривается задача автоматизации процесса создания таблиц конфигурации операционных систем реального времени. Вводится классификация конфигурационной информации программного обеспечения систем реального времени: зависимая от целевой функции системы; зависимая от используемой операционной системы; зависимая от аппаратуры системы. Вводятся информационные связи компонентов специализированной системы автоматизации проектирования конфигурации для операционных систем с другими функциональными элементами инструментального программного обеспечения в составе рабочего места программиста. Описывается разработанная авторами автоматизированная среда конфигурирования программного обеспечения. Приводятся примеры рабочих окон программы автоматизации проектирования для конфигурирования компонентов программного обеспечения систем авионики, в основе которых лежит операционная система реального времени, соответствующая стандарту ARINC 653.
1. ВВЕДЕНИЕ
Операционные системы реального времени (ОСРВ) предназначены для обеспечения внутренней программной инфраструктуры систем, работающих в реальном масштабе времени. К таким системам, в частности, относятся мультипроцессорные многомодульные бортовые интегрированные вычислительные системы авионики. Основной задачей ОСРВ в таких системах является своевременность выполнения процессов обработки данных.
Основным требованием, выдвигаемым к ОСРВ, является обеспечение предсказуемости (детерминированности) поведения системы в наихудших условиях ее эксплуатации, что принципиально отличается от требований, предъявляемых к универсальным операцион-
ным системам. ОСРВ должна обеспечивать предсказуемое поведение и своевременное выполнение критических по времени задач обработки информации при всех сценариях загрузки системы: одновременное возникновение в системе нескольких прерываний, выполнение нескольких потоков программных приложений в многозадачном режиме и т.д.
Как правило, большинство современных ОСРВ построено [1-6] по компонентному принципу, что требует выполнения процедуры конфигурирования для получения проекта, предназначенного для выполнения в конкретном изделии. Функциональное программное обеспечение (ФПО) изделия также состоит из нескольких компонентов, реализующих различные целевые функции системы и зачастую
разрабатываемых различными предприятиями-соисполнителями.
В связи с этим при разработке ПО изделия авионики возникает задача проектирования, заключающаяся в создании конфигурации системы, которая обеспечивает выделение каждому компоненту системы необходимых ему ресурсов, позволяет организовать информационное взаимодействие между компонентами системы и гарантирует выполнение всех целевых функций системы в заданные интервалы времени.
Традиционно процесс создания конфигурации [7, 8] состоит в редактировании набора файлов или таблиц, на основе которых потом формируются данные, загружаемые в изделие. Ручное редактирование данных, расположенных в нескольких таблицах конфигурации, представляет собой трудоемкий процесс и требует высокой квалификации разработчика. Кроме того, вследствие необходимости учета большого объема взаимосвязанных данных, формируемых несколькими предприятиями-соисполнителями, процесс конфигурации, выполняемый в ручном режиме, сопровождается возникновением ошибок проектирования, которые могут проявиться как на этапе сборки системы, так и во время ее эксплуатации на объекте.
Среди известных производителей ОСРВ в настоящее время интерактивное инструментальное средство автоматизации конфигурирования рассматриваемого уровня существует для ОС PikeOS фирмы SYSGO. ОСРВ VxWorks фирмы WindRiver, применяемая, в частности, на объектах С-130 AMP, 767 Tanker, при разработке системы Common Core System объекта Boeing-787, не имеет инструментальных средств автоматизации конфигурирования, что вынуждает пользователей вручную выполнять редактирование текстовых конфигурационных файлов. Цель настоящей статьи заключается в описании способа автоматизации процесса создания конфигурации ПО для систем авионики, построенных на базе ОСРВ.
2. СТРУКТУРА КОНФИГУРАЦИОННОЙ
ИНФОРМАЦИИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
Программное обеспечение (ПО) системы ре-
ального времени можно разделить на системное и прикладное ПО.
Прикладное (функциональное) ПО обеспечивает выполнение целевой функции системы. Системное ПО обеспечивает инфраструктуру, в которой выполняется прикладное ПО, скрывая от разработчика прикладного ПО низкоуровневые особенности работы с аппаратурой и предоставляя функциональному ПО стандартизованный программный интерфейс. К системному ПО относятся ОС, драйверы, различные компоненты, реализующие специальные задачи (например, тест встроенного контроля). Если производительность вычислительного модуля позволяет, то на нем под управлением одной ОС могут выполняться несколько компонентов (приложений) прикладного ПО, реализующих различные целевые функции.
В процессе развития систем реального времени были выработаны требования к реализации ОСРВ, интерфейсам прикладного ПО и механизму распределения ресурсов системы. Впоследствии в авиационной промышленности эти требования явились основой стандарта ARINC 653 "Avionics Application Software Standard Interface", описывающего видимую для прикладного ПО часть архитектуры системы, в том числе интерфейс прикладного ПО, для изделий, выполненных в соответствии с принципами интегрированной модульной авионики [9-11].
Прикладное ПО, разработанное для операционных систем (ОС), поддерживающих стандарт ARINC 653, является переносимым между этими ОС. Таким образом, конфигурирование прикладного ПО также становится в значительной степени независимым от конкретной ОС. С другой стороны, внутренняя архитектура каждой ОС уникальна, поэтому часть конфигурационной информации является специфичной для конкретной ОС. Кроме того, необходимо конфигурировать различные драйверы аппаратуры с учетом особенностей аппаратного обеспечения целевой системы.
Таким образом, можно выделить три составные части структуры конфигурационной информации программного обеспечения авиационных систем, построенных на основе ОСРВ, поддерживающих стандарт интегрированной модульной авионики ARINC 653:
- зависимая от целевой функции системы,
- зависимая от ОС,
- зависимая от аппаратуры целевой системы.
Конфигурационная информация, зависимая от целевой функции системы, формируется совместно специалистами организации, разрабатывающей прикладное ПО, и специалистами организации, ответственной за интеграцию всех компонентов ПО - системным интегратором проекта. Информация, зависимая от ОС, формируется системным интегратором на основе данных, предоставляемых разработчиком ОС. Информация, зависимая от аппаратуры, учитывается при установке ОС на конкретный вычислительный модуль, и формируется системным интегратором. Разработчики ОС предусматривают возможность дополнительного конфигурирования драйвера аппаратуры на этапе разработки прикладного ПО, т.е. уже после установки ОС на вычислительный модуль, в зависимости от операционного окружения и функционального назначения конкретного вычислительного модуля.
3. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СРЕДА КОНФИГУРИРОВАНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
При разработке системы авионики возникает потребность в автоматизации процесса ее конфигурирования. Автоматизация процесса конфигурирования выполняется на рабочем месте программиста (РМП), оснащенном инструментальной ЭВМ и программными средствами системы автоматизации проектирования (САПР) [12-14]. Программное обеспечение РМП представляет собой единую среду проектирования, охватывающую весь объем конфигурационной информации. Основным пользователем среды является системный интегратор, к которому поступает информация от разработчиков компонентов программного обеспечения целевой системы.
Подготовку конфигурационной информации, необходимой ОС для инициализации и выполнения приложений, а также для организации
связей между приложениями, системный интегратор выполняет на инструментальной ЭВМ с помощью специального программного компонента - "Конфигуратор", поставляемого разработчикам целевого ПО вместе с операционной системой. Конфигуратор позволяет создавать и редактировать конфигурационные данные в интерактивном режиме и использует для хранения информации файл в формате XML (extensible Markup Language).
Для того, чтобы сделать конфигурационную информацию доступной ОС, необходимо сформировать и загрузить в память целевого вычислителя ее двоичное представление. САПР "Конфигуратор" позволяет автоматически генерировать файл с исходным текстом на языке С, содержащий конфигурационные данные, структурированные нужным образом. Результатом компиляции этого файла является загружаемый файл, содержащий двоичные данные. Формат загружаемого файла с двоичной конфигурационной информацией определяется возможностями компилятора и средств загрузки в целевую платформу. Наиболее часто применяется формат хранения данных motorola-32 (mot).
На рис. 1 показаны информационные связи САПР "Конфигуратор" с другими элементами инструментального ПО в составе РМП и его место в общем процессе разработки программного обеспечения для изделий авионики.
Большой объем разнородных конфигурационных данных требует создания специализированного пользовательского интерфейса оболочки САПР, который должен обеспечить информативность
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.