道系統在軍工領域的應用

摘要： 當前軍事工業技術的處于快速發展階段，這就給應用于軍工領域的嵌入式相應技術提出了更高的要求，其特點主要體現在系統更加復雜和龐大的同時對軟硬件性能也提出了更高的要求。鑒于科銀京成自主研發產品——道系統已經在軍工領域得到了廣泛應用。本文就道系統的應用作相關介紹。

關鍵詞： 道系統；軍工；嵌入式技術

道系統

科銀京成提供自主知識產權的嵌入式軟件系列產品-道系統(DeltaSystem)，產品包括：嵌入式實時多任務操作系統－DeltaOS，集成開發工具－LambdaPRO、測試工具－GammaRay和各種應用組件；并提供優質、完善的技術支持服務。其中DeltaOS包括實時操作系統內核、文件系統、網絡協議棧和圖形用戶接口等組件，支持主流CPU體系結構，具有強實時特點； LambdaPRO是一個通用、統一、開放的新一代32位嵌入式軟件的集成開發環境，它將設備應用軟件的運行平臺與開發平臺有機地結合在一起，成為遵循業界標準、強大、專業的智能電子設備軟件平臺。

“道系統”和其解決方案已經在通訊、工業控制、消費電子、航空/航天以及航海等領域得到廣泛應用。并且LambdaPRO具有良好的擴展性，針對軍工領域的特殊要求，科銀京成在LambdaPRO集成了自主研發的模型與自動生成代碼技術、安全實時操作系統AcoreOS2.0、DeltaCORBA中間件等，更好地為軍工領域服務。

“道系統”體系結構如圖1所示。

圖1 道系統結構圖

道系統在軍工各領域的應用

飛行控制

飛行控制是指通過某種手段、使用一定的設備，從而實現對飛行器的飛行運動和變化所進行的控制。這是一個十分復雜的過程，不僅運算量大，管理設備繁多，而且并行程度高，實時性強，同時控制系統要求體積小，重量輕，功耗低，這樣對控制系統提出了很高的要求。由于飛行控制系統的特點決定了對嵌入式技術應用會提出有別與一般行業應用的更高的要求，這些主要體現在飛控系統針對嵌入式軟件、硬件的安全性、實時性、穩定性等方面，這也是飛控領域的重要特征。

除了以上這些傳統飛行控制系統獨有特點之外，當前先進的飛行控制系統的開發大都采用模型設計生成代碼的方式，建立于模型設計與代碼編寫一體化，這樣既減少了開發成本，又加快了開發流程。相應地，這又提出了將嵌入式技術和模型技術相結合的需求。

科銀京成針對飛控領域內的各特殊需求，就飛控領域內的這些特征進行了深入的研究，對照國外先進技術，大力發展模型技術的優勢，力求將模型設計、代碼生成、交叉調試等各方面結合于一體，著力于研究基于道系統的符合飛行控制標準的操作系統、開發環境、建模工具以及軟件一體化平臺等等。建模技術在飛控的應用如圖2所示。

圖2 建模技術在飛控中的應用

其中開展的相關研究如下：

1. 建模工具與交叉開發環境的集成
基于模型的飛控軟件開發在國外已經有了非常成功的案例，并且有比較成熟的建模工具。以模型為基礎的開發，對于提高飛控軟件的可靠性、可維護性以及開發效率等方面都有非常明顯的作用。而模型生成的代碼要在飛控計算機上運行，必須使用交叉開發環境進行相關的編譯、連接、配置等。因此模型工具與交叉開發環境的集成很重要，也是不可缺少的一個環節。為了使建模工具和交叉開發環境無縫的結合，必須對其二者的結合進行研究，使模型到二進制代碼的過程實現一體化。

2. 基于建模工具的模型開發與模型級代碼調試
模型開發針對飛控應用，在建模工具中實現面向飛控應用的模型工具箱。模型工具箱主要包括運行環境以及基礎性共用內容的相關模型庫。模型級代碼調試是在模型的層級上進行代碼的調試，其中，代碼在目標機上運行。該項工作對于提高從模型到代碼執行的一體化，以及提高開發效率，降低代碼調試難度等方面都有比較重要的意義。研究內容主要包括工具箱的結構、形式，以及模型級代碼調試的實現方法以及工具環境等內容。

3. 自動測試環境
自動測試環境包括用例生成、用例執行、用例分析、測試報告生成等內容。自動測試是針對代碼的測試，可以實現驗證測試、覆蓋測試等。測試是提高飛控軟件可靠性非常關鍵的手段，也是開發時時間開銷比較大的一個部分，因此提高測試的自動化程度有非常重要的意義。而自動測試環境的目標就是減少人力的投入，增加測試覆蓋的程度，提高飛控軟件可靠性，提高開發效率，縮短開發周期，減少開發成本。自動測試環境主要研究內容包括在模型的基礎上如何實現用例的生成，以及用例的提取、組合、復用、執行、分析等。

由于目前通過模型自動生成代碼技術在嵌入式領域的應用還不是十分成熟，今后將致力于各項基礎研究，力爭早日實現從模型到代碼執行的一體化，以更好地為飛行控制服務。

航空電子

航空電子涉及通信、導航、識別、飛行管理、大氣數據、雷達與光電探測、電子戰、火力控制、任務管理、顯示控制和系統軟件等功能設備或功能模塊。它在航空武器裝備信息化中起著至關重要的作用，并被越來越多的有識之士所認識。幾十年來，航空電子系統經歷了分立式、混合式、聯合式，當前正在向綜合化、高度綜合化方向發展。綜合化的航空電子系統不僅實現了機上的信息綜合，而且能夠有效地綜合C3I和預警機發送的信息，由此可以滿足現代和未來戰爭的需求。傳統的使用單地址多任務空間模式的實時操作系統已經不能滿足要求航空電子對安全性的要求?！案綦x”是航電實時操作系統發展的趨勢，先后出現了ARINC653以及MILS兩種標準。ARINC653規范描述模塊化綜合航空電子設備中使用的應用軟件的基線操作環境，引入了分區(partitioning)和區間的概念，分區就是航空電子應用的一個功能劃分，防止一個區間的錯誤導致其他區間的錯誤；MILS(Multiple Independent Levels of Security/Safety)是一種解決MLS(Multi-Level Secure/Safe)和MSL(Multiple Single Level Security/Safety)系統需求的軟件體系結構，能夠實現不同安全級別的應用集成、并且方便認證，它代表了當前航空航天安全操作系統的發展趨勢。

科銀京成自主研發的基于道系統的安全實時操作系統遵循ARINC 653標準，具有高可用高可靠特點，滿足新一代航空電子系統對操作系統的要求。它的特點如下：1，支持兩態:系統態和用戶態；2，支持區間在時間和空間上的隔離，支持區間通信；3，可動態加載用戶級共享庫和內核級共享庫；4，配置性好，可配置系統對象、區間空間分布、區間調度時間；5，支持APEX應用編程接口。該安全實時操作系統將適用于多個方面的航空航天領域的電子設備研制和系統開發，包括：航空運輸、飛機制造、航空飛行器制造、航空儀表、航空指揮控制系統以及其它航空用各類電子設備，滿足用戶能夠在其上構建符合ARINC653標準的航空計算機操作系統。

另外科銀京成對MILS的發展、核心思想以及實施方法都進行了全面的分析，相關研發工作也在進行中，今后將繼續關注這一技術，對MILS的支持是科銀京成安全實時操作系統發展的一個重要方向。

艦船

艦船是海軍作戰的主要裝備，現代科學技術的飛速發展，給艦船的發展帶來了深刻的影響，一些新技術在艦船上的應用，給未來海上作戰方式帶來了深刻的變化?，F階段艦船的發展趨勢是實現以信息為中心的全艦系統集成。但艦船是一個非常復雜的廣義建筑物，其內部包括艦船自動化系統、辦公自動化系統、通信自動化系統和作戰自動化系統等系統。這些系統分別采用不同的軟、硬件平臺和語言標準，各自負責管理或處理木系統內部事務，各個系統間的互操作是非常困難的。

基于道系統的DeltaCORBA很好地解決了這些問題。它用于分布式處理環境的信息傳遞，提供交叉平臺中間件服務，簡化分布式環境中的客戶/服務器操作，它使用的方式是把實際的通信機制隱藏在一個對象請求代理(ORB)軟件之后。它已經通過海軍嚴格的系統測試，相關項目的合作也在積極的準備中。主要包括以下特點：1，符合MiniCORBA規范；2，軟實時。使用DeltaCORBA的操作延遲最多是直接使用TCP/IP socket延 遲的1.2倍；3，使用面向對象技術，支持C++；4，多種優化，保證效率；5，多操作系統支持。

在軍用領域，可能會出現通用CORBA產品與嵌入式CORBA產品配合使用的局面。在一些需要大量數據處理，數據交換的方面，需要使用通用CORBA。嵌入式CORBA主要使用在一些對時間、空間要求較高的方面，在這些方面，使用到CORBA的不是它的大量的服務這類東西，而是CORBA提供的良好的互操作性，以及實時相關的特性。道系統也將進一步完善和增強對艦船系統的支持。

結語

回首過去，科銀京成已經在軍工領域取得了不錯的成績。當前嵌入式技術已深入到軍工各個方面，極大地推進了軍事科技的發展，科銀京成將致力于道系統的開發與完善，竭盡全力繼續為我國的飛控、航電、艦船等軍事領域做出貢獻。

參考文獻：

1.  道系統使用手冊，北京科銀京成技術有限公司，2006
2.  張德發，葉勝利等，飛行控制系統的地面與飛行試驗[M]，國防工業出版社，2003
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4.  航空電子應用軟件接口要求，中國人民解放軍總裝備部，2005
5.  黃永安等，MATLAB 7.0/Simulink 6.0建模仿真開發與高級工程應用[M]，清華大學出版社，2006