[發(fā)明專利]強(qiáng)弱實時任務(wù)協(xié)同工作的多余度飛控軟件時序設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2022-12-29
• 公開（公告）號: CN115981138A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 稅小芳;嚴(yán)增銳;周彥;遲文明;饒曉;孫偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計研究所
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 張明

本發(fā)明公開了一種強(qiáng)弱實時任務(wù)協(xié)同工作的多余度飛控軟件時序設(shè)計方法，包括任務(wù)實時劃分、強(qiáng)弱實時任務(wù)接口設(shè)計、通道間同步設(shè)計、弱實時任務(wù)超時保護(hù)設(shè)計；本發(fā)明方法解決了現(xiàn)有硬件資源無法支持飛控軟件功能升級的問題，在不更改硬件資源的前提下，實現(xiàn)了飛行安全關(guān)鍵軟件的能力提升；經(jīng)過飛行實踐證明，本發(fā)明方法經(jīng)濟(jì)可行，可以方便地應(yīng)用到高安全性的多余度飛控軟件中，在提升飛控軟件能力的同時，保證了飛控軟件的時間安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器數(shù)字控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)弱實時任務(wù)協(xié)同工作的多余度飛控軟件時序設(shè)計方法。

背景技術(shù)

飛行控制軟件是飛行安全關(guān)鍵軟件，是對任務(wù)執(zhí)行時間和失效影響有嚴(yán)格要求的多余度嵌入式實時軟件。在實時方面，飛控軟件要求有確定的運(yùn)行時序，其軟件運(yùn)行機(jī)制是利用周期的中斷信號驅(qū)動各個任務(wù)組的周期性調(diào)度，實現(xiàn)各個任務(wù)組按照緊迫程度以不同的周期調(diào)度執(zhí)行。在余度方面，為了提高系統(tǒng)的容錯性和可靠性，飛行控制系統(tǒng)通常采用多余度計算機(jī)，一個余度也稱為一個通道，通道之間相互監(jiān)控、表決、備份。

隨著飛控軟件的能力提升要求，新增的功能模塊耗時量成倍增加，實時任務(wù)的時間安全裕度越來越小，成為了一個影響軟件安全的潛在問題。為了解決這一問題，目前通常采用的方法從硬件的角度出發(fā)，更換飛控計算機(jī)的CPU，采用性能更好的CPU進(jìn)行飛控計算，但是更換硬件的成本高、周期長，需要耗費大量的人力物力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種強(qiáng)弱實時任務(wù)協(xié)同工作的多余度飛控軟件時序設(shè)計方法，重新進(jìn)行設(shè)計飛控軟件的時序，對實時任務(wù)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，在滿足軟件實時要求的同時，實現(xiàn)飛控軟件的能力提升。

為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種強(qiáng)弱實時任務(wù)協(xié)同工作的多余度飛控軟件時序設(shè)計方法，包括：

對于飛行控制軟件新增的功能模塊X，首先分析其實時特征，如其滿足實時要求，則直接將其劃歸為實時任務(wù)；

判斷功能模塊X在運(yùn)行過程中的所有中間計算結(jié)果當(dāng)中，是否存在需要在一個大幀周期之內(nèi)計算完成且不可被其他任務(wù)中斷的中間計算結(jié)果；如存在，則將功能模塊X中用于計算該中間計算結(jié)果的部分劃歸為強(qiáng)實時模塊，記為模塊A，功能模塊X中除了模塊A之外的其余部分均劃歸為弱實時模塊，記為模塊B；

將上一步劃分出的模塊A安排在原飛控軟件的實時任務(wù)組中，模塊B安排在后臺任務(wù)組中；當(dāng)總線中斷到來時，先按照優(yōu)先級排序運(yùn)行實時任務(wù)組中的實時任務(wù)；如所有實時任務(wù)運(yùn)行完成后，還未達(dá)到大幀周期T，則在剩余的時間內(nèi)運(yùn)行后臺任務(wù)組中的非實時任務(wù)；若在大幀周期T的剩余時間內(nèi)，所述模塊B不能完成運(yùn)行，則在大幀周期T到達(dá)后，模塊B的運(yùn)行被中斷，保存中斷現(xiàn)場到堆棧中，并在下一個大幀周期的實時任務(wù)調(diào)度完成后，恢復(fù)中斷現(xiàn)場，繼續(xù)執(zhí)行模塊B；

設(shè)置一個模塊A和模塊B的公共內(nèi)存，用于存儲二者之間的接口變量；分析模塊A的任務(wù)流圖，查找模塊A和模塊B的交聯(lián)關(guān)系；如模塊A在實現(xiàn)其自身功能過程中需要模塊B的最終執(zhí)行結(jié)果，且模塊B在實現(xiàn)其自身功能的過程中需要模塊A的中間計算結(jié)果，則將所述中間計算結(jié)果作為接口變量存入公共內(nèi)存；

后臺任務(wù)組在每次調(diào)度過程中，將檢查公共內(nèi)存中是否存在觸發(fā)模塊B運(yùn)行時所需要的接口變量，如存在，則模塊B開始執(zhí)行；在執(zhí)行過程中，模塊B將從公共內(nèi)存中獲取實現(xiàn)其自身功能所需的接口變量；模塊B的最終執(zhí)行結(jié)果也作為接口變量放入公共內(nèi)存中，該接口變量用于模塊A實現(xiàn)其自身功能。

進(jìn)一步地，判斷功能模塊是否滿足實時要求的方法為：

對于飛控軟件新增功能模塊X，首先將其安排為實時任務(wù)，設(shè)置該功能模塊的調(diào)度周期為大幀周期T，其中大幀周期是指飛控軟件原有的所有功能模塊中的最長的調(diào)度周期；