三代机航电系统调度管理软件的设计探讨

第３６卷第５期　航空计算技术　２００６年９月　Ｖｏ１３６　Ｎｏ．５　．Ｓｅｐ．２００６　三代机航电系统调度管理软件的设计探讨　王　明，方　红　（中国航空计算技术研究所，陕西西安７１００６８）　摘要：对三代机航电系统调度管理软件设计开发进行了探讨，提出了多周期任务任务模块化、分　级调用、遂级查询执行等设计实现过程中比较适用的方法，针对多周期任务提出了对工作频率不同　、的功能进行有效划分，并通过调用最大公约数周期长度的方法来简化多周期任务的实现；针对任务　模块化提出了串行模块和并行模块的结合使用的方法和要点；针对模块分级调用提出了自上而下　的设计方法，同时对其时间消耗问题进行了讨论；针对查询执行提出了逐级查询判决分支流程标志　并按标志决定功能走向的方法。　关键词：ＯＦＰ；多周期任务；任务管理　中闰分类号：ＴＰ３１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－６５４Ｘ（２００６）０５　ｌ１１－０３　引言　在ｉ代机航空电子系统中普遍使用ｒ　１５５３Ｂ总线　联网形式，此类总线彤式的航电系统需要一俞可以称　１５５３Ｂ总线传输给相关的１　５５３Ｂ总线设备。　作总线控制器的机载计算机　Ｊ，总线控制器主要负责　对其它作为远程终端（ＲＴ）的航电设备进行总线调度　运行于总线控制器的嵌入式软件担任着航电系统的任　务调度管理、系统　作状态切换、系统Ｔ作流程控制及　一些相关解算的重要角色，该软件称为作战飞行程序　本文将　软件，简称ＯＦＰ（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｆｌｉｇｈｔ　ｐｒｏｇｒａｍ）　探讨　就三代机ＯＦＰ软件在调度管理方面的设计实现进行　１　软件概述　ｉ代机ＯＦＰ软件的任务主要是通过ｌ５５３Ｂ总线　对负责　示、导航、搜索在跟踪和攻击等功能几大主要　航电机载设备进行数据传输和＿ｒ　作状态流程监控和控　图ｌ　航电系统连接关系示意图　制，同时通过对模拟量、离散量、ＲＳ４２２，ＡＲＩＮＣ４２９等　信号的控制管理为１５５３Ｂ总线控制提供有力辅助。总　２调度管理方法分析　２．１多周期任务　为了将主控制调度功能和周期性的传输数据功能　线控制器（以下简称Ｂｃ）应用于三代机的航电系统　中，实现其任务的调度、管理、通讯、信号转换、数据传　输等功能。航电系统连接关系见图１。　ＢＣ完成的主要功能有两个：一是作为航电系统　１５５３Ｂ总线的ＢＣ，完成总线对显示、操作控制、导航、　按执行频率的不同进行分类，该软件采用频率不同的　两个周期任务：主控制调度功能模块采用Ｘｍｓ周期，　周期性传输数据功能采用Ｙｍｓ周期（　＝Ｎ：ｌ＝，，，Ｎ为　大于ｌ的整数）。Ｘｍｓ周期任务设定为低优先级执行，　Ｙｍｓ周期任务设定为高优先级执行。　Ｘｍｓ周期任务主要负责航电系统中Ｔ作状态的监　大气数据、搜索跟踪、火控攻击等机载设备的调度管理　控制；二是信号转换功能，用于将模拟量、角度传感器　信号、４２２信号、４２９信号转换成１５５３Ｂ总线信号，由　收稿日期：２００６－０４．１３　修订日期：２００６Ｏ９－０８　测和Ｔ作流程的控制、对航电系统中各航电机载设备　作者简介：：王叫（１９８０．），男，陕两渭南人，助　＿１　程帅，主要从事计算机应ｆｌＨ与开发　＿维普资讯 http://www.cqvip.com

航空计算技术　第３６卷　第５期　的协同工作起着中心枢纽的作用。　Ｙｍｓ周期任务主要负责系统工作中飞行和火控数　据进行实时更新传输。　考虑到　和ｙ的倍数关系，我们可以以Ｙｍｓ为一　个计时器周期，计时器每到计时点一次执行一次Ｙｍｓ　周期任务，每到计时点Ⅳ的倍数次，先将高优先级的　任务大多应该是刷新数据，监控变量变化等简洁动作。　若干并行模块是根据周期任务中的分支标志判决　结果进行区分，进而选择进入那一路并行分支执行对　应功能，并行模块的任务应该是功能分支，每次周期任　务执行时只会根据并行分支判决结果执行一路功能分　支。　Ｙｍｓ周期任务执行一次，再将低优先级的Ｘｍｓ周期任　所以在划分并行模块时应使各路分支的耗时不应　务执行一次；在这里Ｘｍｓ任务和Ｙｍｓ任务的执行时间　之和应小于Ｙｍｓ，以确保每一个计时器周期均能将任　务执行完毕。如图２所示为假设Ｎ＝２时，系统对Ｘｍｓ　周期任务和Ｙｍｓ周期任务的调动执行情况，黑色条块　代表Ｙｍｓ任务执行所需的时间，黑边白色条框代表　Ｘｍｓ任务执行所需的时间。　ｘＩｎｓ周期任务ｉ口ｉ　ｉ口　ｉ　Ｆ二］　周期任务ｌ＿　．＿　ｌｌＩ　ｌ＿　＿一　＿一　起｜　Ｙｍｓ＿计卜Ｙｎ１　Ｙｍｓｕ计卜　Ｙｎ　问　图２假设Ｎ＝２时周期任务调度示意图　进一步推广下去：如果系统任务需要　ｌ、　、　……等若干时问长度不成倍数关系的周期任务，也可　以考虑使用所有不同周期长度的最大公约数　为计时　器周期，每到计时点一次，将到点的周期任务按优先级　高低顺序执行，可以设定周期长度越小的任务优先级　越高，此种情况下需要考虑在一个计时周期里到执行　点的任务是否均能执行完毕，如果任务允许跨周期执　行，则需注意任务中断执行的问题，如果任务不允许跨　周期执行，则需注意执行周期的设定，以确保所有到计　时点的任务均能再本次计时周期内执行完毕。　２．２任务模块化　为了简化或减少系统总的管理与调度给主任务函　数带来的代码量，软件设计初期必须要把主任务函数　和子任务函数进行严格的功能分Ｔ，这样做不仅便于　软件设计、编码、调试，而且减少了系统联试的故障。　这样一来，软件功能融为一体，但主任务与子任务之间　既有关联性又有性。　ＯＦＰ的软件的结构是模块式，分模块进行开　发，最后把分模块组装而成总的软件。根据系统要执　行的任务，将任务划分成若干方块，一个方块就是一个　软件模块。每个串行模块作为一个的功能函数在　每一次任务循环时被执行一次，并行模块则是当并行　模块决策后选择执行某一个并行分支模块。　若干串行模块在每个循环周期中都会被执行一　次，这就要求串行模块不应消耗太多时间，串行模块的　过大，原则是并行执行分支的最大耗时加上串行模块　的最大可能耗时应该小于周期中可分配执行时间。　２．３分级调用　对于ＯＦＰ软件的每一个模块，自上而下的设计方　法都可以采用。这种方法所得的结果是分层次的。自　上而下的设计法最显著的特点就是每个顶层的程序调　动几个第二级子程序，每一个二级子程序又调动许多　个第ｊ三级子程序，以此类推下去，直到子程序达到不再　调用其他任何子程序为止。结构流程图见图３。　第一级　厅马　第二级　。＋　囵　第三级　。囵　见图　所示　ｉ主任务穰｝央　处理（可选）ｉ　：处理　：　流程框图　：　、分支　／　匠　＿．　一　⑨　～　图３模块分级调用结构流程示意图　第一级为主任务模块，在软件中是指Ｘｍｓ周期任　务，其中的串行执行模块包括：监控功能１，监控功能　２，…，监控功能Ｋ；并行模块包括：功能分支１；功能分　支２＿－－・，功能分支Ｌ等并行分支模块。　串行和并行执行模块均可以调用第二级子程序；　第二级子程序可以包含一些可选的串行处理功能，也　可包含需进行分支判决的并行模块，这些模块又可调　用第三级子程序，每级子程序均可以包括串行模块和　并行模块，直到执行到无需在调用下一级子程序为止　分级调用一定耍慎重考虑有关时耗的问题，对于　每一级中的串行模块，在执行这一级程序时都是必须　执行的，这就要求程序的设计必须使串行模块的时耗　尽可能的简短；对于每一级中的并行模块，在执行过程　中每次循环只会执行一路判决分支。这就要求每个调　度周期中所执行代码的时耗应小于指定周期，例如本　文提到的主任务模块Ｘｍｓ周期任务，须使得不同层级　所有可能执行的串行、并行模块的执行总时间小于　Ｘｍｓ，以确保基于功能的每种可能情况都能在一个　Ｘｍｓ周期内被不间断的完全执行。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年９月　千明等：三代机航电系统调度管理软件的设计探讨　２．４逐级查询执行　块；第二步，在进行功能分支标志判决（例如０表示在　主画面下，１、２…表示在对应的子画面下），判断得知应　ＯＦＰ软件在执行周期任务时大量采用逐级查询判　决执行的方法，是指在每一执行周期中从周期任务人　进入功能分支１第三步，进行功能分支１的流程控制　标志（例如标志＝０表示第一次进入此分支的功　能——调画面发指令等，标志＝１表示第二次以后进　入此分支的功能——等待应答，标志＝２表示标志稳　定以后进入此分支的功能——进入画面且收到应答后　口顺序查询逐级判断执行，直至周期任务出口，在此功　能分支ｌ为例加以说明。功能分支１功能的周期执行　流程见图４。　的功能）；功能分支１经过若干次进入后使得流程控制　标志从０变化到２，稳定处于此功能分支下，此时，若　受到外界变量的进一步影响，可以出现退出分支１的　情况或者进人再下一级功能分支的情况，而再下一级　功能分支的执行原理与本级功能类似；每一次循环执　行到最后一级判决并将分支上的串行模块执行完毕　后，退ｍ本次周期循环。　３　结论　通过对三代机ＯＦＰ软件实现的方法的设计分析，　并以现实可行的具体的方法加以实现，给　ｒ此类航　ｌ电系统管理调度软件的一种实现方法。　参考文献：　『１］　刘昌礼．航空机载火控系统总体设计［Ｍｊ．西安：空军．３５　程学院，１９９７．　ｆ　２］　宁建新．航空电子综舍系统作战飞行程序的研究［ｊ］．情　图４功能分支１功能的周期执行流程　报指挥控制系统与仿真技术，２００４。２６（４）：４７—５Ｏ．　『３　１　孙玉芳，罗彬．嵌入式计算机系统设计原理［Ｍ］．北京：　机械工业出版社，２００２．　根据图４对功能分支ｌ功能执行情况予以说明：　主调度任务以Ｘｍｓ为周期循环执行，每・个循环均从　人ｌ＿ｊ进入执行；第＋步，先执行无条件执行的串行模　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ａｖｉｏｎｉｃｓ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　３　ｒｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｆｉｇｈｔｅｒ　ＷＡＮＧ　Ｍｉｎｇ，ＦＡＮＧ　Ｈｏｎｇ　ｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ　ｎ　７　１　００６８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎ　０ｆ　ａｖｉｏｎｉｃｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ＯＦＰ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　３　ｒｄ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｆｉｇｈｔｅｒ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎｅｌｕｄｉｎｇ　ｍｕｌｔｉ—ｐｅｒｉｏｄ　ｔａｓｋ，ｔａｓｋ　ｂｌｏｃｋｉｎｇ，ｌａｙｅｒｅｄ　ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｇｒａｄａｔｉｏｎａｌ　ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．　Ｆｏｒ　ｍｕｈｉ—ｐｅｒｉｏｄ　ｔａｓｋｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｏｕｔ　ａ　ｅｆｆｉｃａｃｉｏｕｓｌｙ　ｐａｒｔｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｓｏｎｉｃ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ａｎｄ　ｐｒｅ＇　ｄｉｇｅｓｔｓ　ｔｈｅ　ｒｅａｌｉｚａｔｉ０ｎ　ｏｆ　Ｉｎｕｈｉ—ｐｅｒｉｏｄ　ｔａｓｋｓ　ｂｙ　ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ　ｇｒｅａｔｅｓｔ　ｃｏｍｍｏｎ　ｄｉｖｉｓｏｒ　ｏｆ　ａｌｌ　ｐｅｒｉｏｄ　ｌｅｎｇｔｈ；Ｆｏｒ　ｔａｓｋ　ｂｌｏｃ。　ｋｉｎｇ，ｉｔ　ｐｕｔｓ　ｏｕｔ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｒｉａｌ　ｂｌｏｃｋｓ　ａｎｄ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｂｌｏｃｋｓ；Ｆｏｒ　ｌａｙｅｒｅｄ　ｔｒａｎｓｆｅｒ，ｉｔ　ｐｕｔｓ　ｏｕｔ　ａ　ｓｕｐｅｒｉｎｃｕｍｂｅｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈ０ｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ　ｗｉｔｈａｌ；Ｆｏｒ　ｇｒａｄａｔｉｏｎａｌ　ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ，ｉｔ　ｇｉｖｅｓ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｇｒａ—　ｄａｔｉｏｎａｌｌｖ　ａｄｊｕｄｇｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｍｂｒａｎｃｈｍｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｉｇｎｓ　ａｎｄ　ｄｅｃｉｄｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｔｒｅｎｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｇｎｓ・　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＯＦＰ：ｍｕｌｔｉ－ｐｅｒｉ（，ｄ　ｔａｓｋ；ｔａｓｋ－ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ