车辆信息综合处理平台是坦克装甲车辆的中枢神经,承载了车辆行驶和任务功能的实现,是决定车辆作战效能的重要因素。车辆信息综合处理平台在向高度模块化、高度综合化发展的同时,电子系统软件化的概念逐渐凸现。F-22战机上由软件实现的航电功能高达80%,软件代码达到170万行,但在F-35中,这一数字刷新为800多万行。这表明软件已经成为航空电子系统开发和实现现代化的重要手段。
半导体集成技术的飞速发展将使硬件处理平台越来越趋向于同质,软件功能的实现则直接体现不同硬件系统的差异性。近年来,软件定义无线电、软件定义网络、软件定义装备、软件定义一切等概念甚嚣尘上,这在很大程度上反映了电子系统向软件化转变的趋势。电子系统综合化和软件化引申的一个重要问题是如何合理组织软件,使之既能够减少生命周期费用(Life Cycle Cost,LCC)和系统复杂度,同时又能在既定的约束条件下增强车电软件的复用性和经济可负担性。
根据上述分析,车辆电子综合系统分布式软件架构需满足以下功能和性能需求:
(1)系统分层结构,保持各层的相对独立性,为各层独立发展提供可能,以提高系统的可移植性和降低系统升级费用。
(2)软件各层间的接口标准化,并保证操作系统的开放性,确保各层软件的独立性和可移植性。
(3)软件各层均具备扩展能力,保证系统架构的可扩展性。
(5)系统软件架构支持分布式控制和管理。
一种典型的车辆电子综合系统软件架构如图6-5所示。
硬件支持层的设计采用ASAAC软件架构中对模块支持层的定义,主要实现对底层硬件资源的基本管理和访问功能,封装了底层硬件的细节,向上层软件提供了通用的对底层资源的独立访问。通过MSL的隔离,可以为软件提供向下统一的硬件运行平台。
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图6-5 一种典型的车辆电子综合系统软件架构
硬件支持层主要包括以下功能:
(1)板级支持包(BSP)。包括中断、内存和时钟管理、设备管理、回调机制、资源信息管理等功能。其中时钟管理实现以下功能:①负责硬件时钟的初始化,时钟同步,时间校准;②提供模块支持层的时钟访问接口。
(2)机内测试(BIT)。BIT提供执行模块机内测试和访问测试结果的能力,包括上电BIT、周期BIT和初始化BIT 3种模式。
(3)系统网络互联。系统可以通过各种网络连接进行通信。例如,①FC光纤网络;②FlexRay总线;③IIC总线、以太网等其他网络。
(4)加载引导。包括硬件初始化、系统引导、加载操作系统等功能。
操作系统层将ASAAC软件架构中操作系统层对通用系统管理和运行时配置库的功能进行裁剪,将这两部分归入支撑服务层。操作系统层实现传统意义上的操作系统功能,包括进程管理、内存管理、中断管理、时钟管理和接口管理等功能。
为了提高软件的稳定性并实现软件重构功能,在软件架构设计时采用符合ARINC 653标准的分区操作系统,应用软件部署的最小单位不再是传统的CPU,而是在CPU上运行的操作系统分区。基于软件架构适应性的需求,对于部分未采用分区操作系统的软件,在进行软件设计和部署时,将平板式的操作系统视作一个“分区”进行设计。
在ARINC 653标准的操作系统之上的分区,对外只能通过端口进行通信。在ASAAC架构设计中的虚拟通道则成为分布式环境下各CPU之间通信的底层实现途径,该功能的实现依赖于操作系统端口、支撑服务层的调度控制和硬件支持层的底层访问。
支撑服务层是在ASAAC和GOA中都没有涉及的一个层次,是在ASAAC的架构基础上,结合ARINC 653标准的分区隔离的特点,借鉴ASAAC架构中系统通用管理和应用管理分离的思路,将系统软件管理的功能从应用层中剥离出来,设计一个屏蔽底层操作系统,为系统功能级应用软件提供支撑和接口的运行平台。其设计目的是进一步提高软件的扩展性和移植性,便于应用软件开发和综合。在支撑服务层上的应用软件通过运行框架的消息总线进行通信,由运行框架为其屏蔽了操作系统和底层硬件,应用唯一的接口就是执行框架。
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