[發明專利]一種基于時間觸發的硬實時和軟實時的任務調度方法

有效

• 申請號: 202010662396.1
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111897635B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 顏紀迅;滕涌澎;叢日朝;仵鵬博
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛行自動控制研究所
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/50
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 仉宇

本發明涉及一種基于時間觸發的硬實時和軟實時任務調度方法，本發明的時間觸發調度方法以嚴格的靜態時間規劃約束系統中任務的執行，能夠達到良好的確定性。但是，安全關鍵系統中，除了確定性任務存在的同時，還存在一些需要事件性響應的任務，并不要求在一定時間窗口內執行結束。對于這類任務，時間觸發操作系統在原有硬實時任務的基礎上，增加了軟實時任務調度，能夠同時滿足兩種任務調度的需求，在系統確定性得到保證的同時，有效提升系統滿足事件型任務調度的靈活性。

技術領域

本發明涉及安全關鍵系統的確定性調度領域，具體涉及一種基于時間觸發的硬實時和軟實時的任務調度方法。

背景技術

由于單核處理器在應用成熟度較高，相關的調度理論中具有較高成熟讀，在安全關鍵應用領域，如民用飛機的飛行控制系統、慣性導航系統和高鐵列車的列車控制系統中，往往使用單核處理器進行嵌入式系統控制、解算。

安全關鍵系統，要求任務調度的確定性以及故障的隔離性。在“一種基于最差執行時間分析的安全關鍵任務調度方法”和“一種基于時間觸發的安全關鍵操作系統混合調度策略”中均提及了任務調度中的時間規劃表的相關內容，兩篇文獻均發表在《2013年首屆中國航空科學大會論文集》中，公開時間為2013年9 月。時間觸發操作系統，將任務的運行時間限制在一定的時間窗口內，當任務超出時間窗口時上報任務超時故障，從而強制要求應用層的各任務功能基于最差執行時間分析結果，將任務的執行過程靜態規劃于 系統運行的時間片之中，以確保系統每一個時刻，安全關鍵任務的運行狀態是可以預知的，提升系統的確定性。

原有的方法，將所有的任務均視為硬實時任務。硬實時任務，即要求任務具備一個剛性的不可改變的時間限制。純粹基于硬實時的時間觸發調度，在為系統帶來確定性的同時，降低了系統調度的靈活性。對于系統中安全關鍵等級不是那么高的任務，強制要求按照時間觸發的特性進行調度，并不會帶來太大的收益，可以認為是一種過設計。

為此，需要尋找一種方法，在時間觸發的調度框架下，引入軟實時任務，在不破壞安全關鍵系統整體時間觸發確定性的同時，實現對于長周期、非硬實時任務的調度靈活性，從而極大提升時間觸發操作系統的可應用領域。同時基于任務預算的方式，從任務實際執行時間的維度，對硬實時任務和軟實時任務施加約束與監控，進一步保證應用任務的確定性解耦。

在專利CN106293919B，一種時間觸發的嵌入式任務調度裝置與方法中，描述了硬實時任務的調度，并對跨周期任務以非死限點的方式進行調度，而未考慮將硬實時任務與軟實時任務共享在同一時間窗口中，并以時間預算的方式對各任務執行時間進行約束，無法在保證系統確定性的同時，充分提高系統處理器的利用率。

此外，在專利CN106471797B中，相關發明使用硬實時、軟實時的控制器解決相機的視頻質量，但并未用于安全關鍵領域，對整個系統的時間確定性及硬實時、軟實時任務之間的時序關系并未定義。

在專利CN102541646A中，相關發明提出的硬實時解決方法為優化的搶占閾值調度方法，是一種優先級可變的任務調度策略，難以確保硬實時任務在時間上的確定性。

在專利CN103455131B中，相關發明提出的方法，也并未考慮硬實時與軟實時的綜合使用方式。

因此，需要尋找一種方法，在不破壞安全關鍵系統調度確定性的同時，能夠實現對于長周期、非硬實時任務的調度靈活性，從而極大提升時間觸發操作系統的可應用領域。

發明內容

本發明的目的：飛行控制系統、導航系統、列車控制系統等控制系統為單核處理器時確定性調度的安全性和可靠性是十分重要的，尤其是飛行控制系統的確定性調度不能出現非預期的狀況，否則會機毀人亡。因此，本發明需要解決上述的技術問題，提出一種方法，能夠解決時間觸發調度操作系統在為系統帶來確定性的同時，降低了調度靈活性的問題。

本發明的技術方案：