軍用嵌入式系統(tǒng)的可靠性設(shè)計

2.2 網(wǎng)絡(luò)可靠性

隨著網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念的提出，武器裝備發(fā)展的中心將有所轉(zhuǎn)移，更加依賴戰(zhàn)場感知能力、指揮控制能力和多種武器平臺之間的互通能力。眼下新武器系統(tǒng)的開發(fā)已很重視以衛(wèi)星、無線電臺、光纖等通信網(wǎng)絡(luò)為中心來規(guī)劃武器平臺的任務(wù)與作戰(zhàn)需求。而設(shè)計武器系統(tǒng)和平臺配置、制訂武器系統(tǒng)的戰(zhàn)技指標、積極為傳統(tǒng)武器平臺裝備先進的傳感器與通信設(shè)備并加以改造，這些都對當前網(wǎng)絡(luò)化軍用嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與軟硬件平臺提出了較高的要求。

將嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)合起來的一個主要技術(shù)障礙在于網(wǎng)絡(luò)上面的各種通信協(xié)議對于計算機存儲器、運算速度等的要求比較高，而目前軍用嵌入式系統(tǒng)中除部分32位處理器以外，大量的也就是8位和16位MCU，這些MCM支持TCP／IP等標準網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將占用大量的系統(tǒng)資源，由此將嚴重制約著指揮作戰(zhàn)效能和網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

其實影響網(wǎng)絡(luò)兼容性、實時性和可靠性的因素很多(如硬件資源的存儲和計算能力、RTOS的實時性、TCP／lP的運行效率等)，故在構(gòu)建基于嵌入式系統(tǒng)的控制和通信網(wǎng)絡(luò)時應(yīng)特別注意。

2.3 數(shù)據(jù)的可靠性

軍用嵌入式系統(tǒng)在復(fù)雜多變的環(huán)境中應(yīng)用時，這對數(shù)據(jù)存儲的可靠性有更高的要求。為此，除了加強電源穩(wěn)定性和提供掉電故障出現(xiàn)的軟件保護外，還應(yīng)引入文件系統(tǒng)來完成數(shù)據(jù)的存儲和管理功能，以進一步增強系統(tǒng)可靠性。

傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，對數(shù)據(jù)存儲要求不高，因此，嵌入式操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)沒有得到充分的重視。但隨著嵌入式技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，對數(shù)據(jù)操作的靈活性和數(shù)據(jù)存儲的可靠性都提出了越來越高的要求，需要開發(fā)相應(yīng)的文件系統(tǒng)，并應(yīng)在文件格式、外存管理等方面做出相應(yīng)改進以適應(yīng)硬件特點。

Flash存儲芯片，電子盤DOC (Disk On Chip)等存儲器件具有成本低廉、存儲容量大、體積小、功耗低等特性，在嵌入系統(tǒng)中與磁盤相比具有明顯的優(yōu)勢，已經(jīng)成為使用最廣泛的嵌入式系統(tǒng)外部存儲器。然而，任何硬件都有壽命的限制，存儲器件也不例外。一般的NOR型Flash每個扇區(qū)的擦寫壽命在100 000～1 000 000萬次之間，如果頻繁擦除某一個扇區(qū)就容易造成該扇區(qū)損壞，從而導(dǎo)致整個存儲芯片都不可用。眾所周知，文件系統(tǒng)使用了一段時間以后就會產(chǎn)生大量的“存儲碎片”，如果存儲算法不合理，就有可能使某些扇區(qū)被頻繁的擦除，從而使該扇區(qū)損壞。所以，文件系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)使Flash上各個扇區(qū)的擦除次數(shù)趨于平均，這對提高系統(tǒng)的可靠性非常必要。

2.4 人員的可靠性

嵌入式計算機系統(tǒng)起源于微型機，但有過很長一段單片機的獨立發(fā)展道路。國內(nèi)熟悉8位MCU開發(fā)的設(shè)計人員以電子工程和其他機電專業(yè)工程師為主體，這意味著精通嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人才在軍內(nèi)比較短缺，而且裝備研制單位和軍工行業(yè)更為突出。

過去設(shè)計人員往往以自己習(xí)慣性的電子技術(shù)應(yīng)用模式來從事單片機的應(yīng)用開發(fā)。這種模式的重要特點是缺少計算機工程設(shè)計方法，具有軟、硬件的底層性和隨意性。隨著軟、硬件技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)難度和復(fù)雜程度大大增加，且開發(fā)形式、開發(fā)平臺與開發(fā)語言也與以往有很大的不同，應(yīng)用模式也越來越多地帶有以計算機工程應(yīng)用為主，同時具有網(wǎng)絡(luò)、通信、自動化等多學(xué)科多專業(yè)交叉的特點。因而人員因素對于嵌入式系統(tǒng)的可靠性有著不可忽視的影響。

在嵌入式系統(tǒng)的工程應(yīng)用中，C／C++和匯編語言是不可缺少的程序設(shè)計語言，而Java和Linux技術(shù)也越來越多地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)。這就要求原有設(shè)計人員除了要具有基于嵌入式CPU、DSP等處理芯片的電路設(shè)計和調(diào)試技能外，還應(yīng)具備較好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計知識，方能勝任嵌入式系統(tǒng)的可靠性設(shè)計工作。

3 結(jié)束語

如今，新型武器裝備的研制以及現(xiàn)有武器的改造都會涉及到嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與升級，軍用嵌入式系統(tǒng)也正在向著更加智能化和網(wǎng)絡(luò)化的趨勢快速發(fā)展，由此，軍事科技專家預(yù)言： “嵌入式系統(tǒng)將會成為振興我國武器裝備的突破口”，而可靠性又是嵌入式系統(tǒng)的生命線，同時也是取得突破的重要保證。