一種大型飛機綜合處理平臺中的任務(wù)安全共享方法
【專利摘要】計算機機載嵌入式軟件領(lǐng)域，具體涉及大型飛機綜合化平臺中的任務(wù)安全共享方法。本發(fā)明的具體步驟：1)分析大型飛機綜合處理平臺中需要綜合的系統(tǒng)功能；2)制定分區(qū)劃分原則對系統(tǒng)功能進行分區(qū)劃分；3)選擇分區(qū)操作系統(tǒng)，對系統(tǒng)劃分的分區(qū)進行配額管理；4)針對各個分區(qū)應(yīng)用軟件進行編碼、調(diào)試，實現(xiàn)任務(wù)安全共享。本發(fā)明解決了平板方式下多任務(wù)不可隔離保護存在安全隱患問題，實現(xiàn)應(yīng)用分區(qū)空間、時間隔離保護，提高大型飛機綜合處理平臺下不同安全級別任務(wù)安全共享同一處理資源能力，改進整機系統(tǒng)安全性。
【專利說明】一種大型飛機綜合處理平臺中的任務(wù)安全共享方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機軟件【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大型飛機綜合處理平臺中的任務(wù)安全共享方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代大型飛機綜合處理平臺中，多個子系統(tǒng)綜合到同一處理資源上，共享處理資源和1資源。隨著處理機能力飛速發(fā)展速度急劇提高，同一處理資源上駐留的軟件功能不再單一，而且規(guī)模巨大，因此，要求系統(tǒng)進行時間和空間分區(qū)，在同一模塊上軟件被分解成不同關(guān)鍵級別的構(gòu)建分配在不同的分區(qū)中。分區(qū)可以減少或者消除一個分區(qū)的故障對另一個分區(qū)的功能和性能，如果沒有分區(qū)，最高關(guān)鍵級別將被延展到整個系統(tǒng)，故障的作用域被最大化，應(yīng)用軟件之間、應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)之間的相互破壞被最大化，同時也帶來認(rèn)證和測試的開銷最大化化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決平板方式下多任務(wù)不可隔離保護存在安全隱患問題，實現(xiàn)應(yīng)用分區(qū)空間、時間隔離保護，提高大型飛機綜合處理平臺下不同安全級別任務(wù)安全共享同一處理資源能力，提高整機系統(tǒng)安全性一種大型飛機綜合處理平臺中的任務(wù)安全共享方法。
[0004]本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
[0005]一種大型飛機綜合處理平臺中的任務(wù)安全共享方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]I)分析大型飛機綜合處理平臺中需要綜合的系統(tǒng)功能；
[0007]2)制定分區(qū)劃分原則，對系統(tǒng)功能進行分區(qū)劃分；所述系統(tǒng)分區(qū)劃分原則包括:
[0008]原則a:按照步驟I)中的系統(tǒng)功能，相對獨立的功能獨立分區(qū)；
[0009]原則b:按照任務(wù)安全級別，不同安全級別的任務(wù)劃分為不同分區(qū)；
[0010]原則c:按照任務(wù)之間耦合度，耦合度高的任務(wù)統(tǒng)一在相同分區(qū)，降低通信開銷；
[0011]原則d:按照任務(wù)速率組；
[0012]原則e:按照技術(shù)保護、知識產(chǎn)權(quán)保護，或按照開發(fā)商劃分分區(qū)；
[0013]3)對系統(tǒng)劃分的分區(qū)進行配額管理；配額管理包括分區(qū)的時間配額、分區(qū)的空間配額以及分區(qū)通信的配額；
[0014]所述分區(qū)的時間配額的具體步驟是:
[0015]3.1)創(chuàng)建主時間框架；
[0016]系統(tǒng)按照主時間框架調(diào)度所有分區(qū)；分區(qū)中有多個周期進程，分區(qū)周期由所有進程的周期確定，根據(jù)分區(qū)周期的最小公倍數(shù)，或其倍數(shù)確定主時間框架；
[0017]3.2)在主時間框架中為分區(qū)安排調(diào)度時間窗口 ；
[0018]時間窗口是主時間框架中分給相應(yīng)分區(qū)的執(zhí)行時間；在主時間框架內(nèi)為每一個分區(qū)分配一個或多個時間窗口，使其滿足所有分區(qū)能夠在規(guī)定的周期時間內(nèi)被執(zhí)行；
[0019]所述分區(qū)的空間配額管理主要是存儲器的配額管理，包括指定存儲空間地址范圍以及允許分區(qū)內(nèi)進程申請的空間的大??；
[0020]分區(qū)內(nèi)的進程只能訪問該分區(qū)的存儲資源，若進程試圖訪問其他分區(qū)的存儲資源，系統(tǒng)將產(chǎn)生異常，阻止該非法訪問。具體的分區(qū)空間配置根據(jù)操作系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行；
[0021]所述分區(qū)通信的配額是指對分區(qū)間通信端口進行配置；分區(qū)間通信的基本機制是端口，端口由虛通道連接，一個分區(qū)可以在分配給它的時間窗口中使用分配給它的虛通道發(fā)送消息以及獨占地訪問虛通道緩沖。端口及其通道配置具體由操作系統(tǒng)提供。
[0022]4)針對各個分區(qū)應(yīng)用軟件進行編碼、調(diào)試，實現(xiàn)了各個分區(qū)間的任務(wù)安全共享。
[0023]上述分區(qū)劃分原則按照原則a至原則e的順序依次進行。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0025]1、本發(fā)明按照應(yīng)用任務(wù)安全級別、功能聚類、耦合程度等劃分應(yīng)用分區(qū)，利于應(yīng)用軟件分別開展合格性審查及第三方測評，降低系統(tǒng)適航認(rèn)證及軟件測評成本；
[0026]2、本發(fā)明利用分區(qū)操作系統(tǒng)技術(shù)，實現(xiàn)不同安全級別應(yīng)用任務(wù)安全共享同一處理資源，提高硬件資源利用率，降低系統(tǒng)開銷及維護成本，提高系統(tǒng)安全性；
[0027]3、本發(fā)明利用多態(tài)技術(shù)，實現(xiàn)應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)安全保護；
[0028]4、本發(fā)明處理機資源按照時間、空間分區(qū)，實現(xiàn)應(yīng)用軟件獨立開發(fā)、分別調(diào)試，將故障隔離在子系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)階段，為系統(tǒng)整體集成掃清障礙。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1本發(fā)明的流程示意圖:
[0030]圖2主時間框架示意圖:
[0031]圖3空間分區(qū)示意圖:

【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明提出了一種大型飛機綜合處理平臺中的任務(wù)安全共享方法，具體流程如圖1所示。
[0033]首先對大型飛機管理綜合處理平臺進行簡單介紹:
[0034]大型飛機管理綜合處理平臺由I個集成機架、多個LRM模塊組成?；九渲冒?
[0035]1、集成機架，可提供多個LRM模塊插槽；
[0036]2、CPM模塊，通用處理模塊多塊，完成數(shù)據(jù)處理，采用PPC G4CPU處理器；
[0037]3、MMM模塊，大容量存儲模塊；
[0038]4、1M模塊，輸入輸出模塊；
[0039]5、BCM模塊，總線控制模塊；
[0040]6、PSM模塊，完成供電。
[0041]基于上述平臺，提出了本發(fā)明的方法，該方法的具體步驟如下:
[0042]步驟I)分析共享綜合處理平臺的系統(tǒng)功能，并確定任務(wù)駐留的處理機(系統(tǒng)任務(wù)劃分)
[0043]在已實現(xiàn)的大型飛機綜合處理平臺上，為了確保系統(tǒng)功能，可能綜合的功能包括:多總線(AFDX、CAN、429、1553B等)數(shù)據(jù)采集和輸出、燃油系統(tǒng)監(jiān)測與控制、液壓系統(tǒng)監(jiān)測與控制、環(huán)控監(jiān)測與控制、起落架監(jiān)測與控制、艙門監(jiān)測與控制、防冰監(jiān)測與控制、剎車監(jiān)測與控制、氣動監(jiān)測與控制、供電監(jiān)測與控制、應(yīng)用軟件地面加卸載、機電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控等。
[0044]步驟2)制定系統(tǒng)分區(qū)劃分原則，進行系統(tǒng)分區(qū)劃分。本發(fā)明確定的原則是，按照如下原則a至原則e的順序考慮分區(qū)劃分:
[0045]原則a:按照步驟I)中的系統(tǒng)功能，針對獨立的功能獨立分區(qū)；
[0046]原則b:按照任務(wù)安全級別，不同安全級別的任務(wù)獨立分區(qū)；
[0047]原則c:按照任務(wù)之間耦合度，耦合度高的任務(wù)統(tǒng)一在相同分區(qū)，降低通信開銷；
[0048]原則d:按照任務(wù)速率組劃分，盡量將相同速率的一組任務(wù)劃分在同一分區(qū)；
[0049]原則e:按照技術(shù)保護、知識產(chǎn)權(quán)保護，按照開發(fā)商劃分分區(qū)。
[0050]步驟3)選擇分區(qū)操作系統(tǒng)平臺，對系統(tǒng)劃分的分區(qū)進行配額管理
[0051]在傳統(tǒng)聯(lián)合航電中，每個子系統(tǒng)有自己獨立專用的處理機，并獨占該處理機處理資源和1資源；在大型飛機綜合處理平臺中，多個子系統(tǒng)綜合到同一處理機上，共享處理資源和1資源。因此，在大型飛機綜合處理平臺中，使用分區(qū)對綜合子系統(tǒng)之間進行隔離，需對分區(qū)的時間、空間、通信進行配額管理；配額管理分為以下三種方式:分別是分區(qū)的時間配額、分區(qū)的空間配額以及分區(qū)通信的配額；
[0052]以下對分區(qū)的時間配額進行介紹:
[0053]在分區(qū)系統(tǒng)中，多個分區(qū)共享一個處理資源，所以需對分區(qū)執(zhí)行時間進行配置，采用主時間框架對分區(qū)時間進行配置，將被調(diào)度的分區(qū)，至少為他們安排一個時間窗。主時間框架如圖2所示，在系統(tǒng)的運行過程中，該框架周而復(fù)始的循環(huán)執(zhí)行。
[0054]3.1)創(chuàng)建主時間框架；
[0055]系統(tǒng)按照主時間框架調(diào)度所有分區(qū)；分區(qū)中有多個周期進程，分區(qū)周期由所有進程的周期確定，根據(jù)分區(qū)周期的最小公倍數(shù)，或其倍數(shù)確定主時間框架；
[0056]3.2)在主時間框架中為分區(qū)安排調(diào)度時間窗口 ；
[0057]主時間框架是系統(tǒng)的分區(qū)的周期的最小公倍數(shù)，或其倍數(shù)。在主時間框架內(nèi)為每一個分區(qū)分配一個或者多個時間窗口，只有在分區(qū)的時間窗口內(nèi)，分區(qū)才允許執(zhí)行，并且只能在分區(qū)的時間窗口內(nèi)執(zhí)行。
[0058]以下對分區(qū)的空間配額進行介紹:
[0059]分區(qū)的空間配額管理主要是存儲器的配額管理。
[0060]利用處理器的存儲管理單元(MMU)，為每一個分區(qū)劃分存儲器空間，分區(qū)內(nèi)的程序只能訪問該分區(qū)的存儲資源，如果分區(qū)試圖訪問其他分區(qū)的存儲資源，系統(tǒng)將產(chǎn)生異常，由系統(tǒng)接管該異常，從而阻止該非法訪問?？臻g配額管理如圖3所示。
[0061]分區(qū)內(nèi)的用戶程序和操作系統(tǒng)處于兩個不同的級別，用戶程序運行于用戶態(tài)，操作系統(tǒng)運行于系統(tǒng)態(tài)，如果用戶的程序直接訪問操作系統(tǒng)的存儲空間，同樣產(chǎn)生一個異常，阻止該非法訪問，防止應(yīng)用對操作系統(tǒng)的破壞。
[0062]如果應(yīng)用的一個錯誤導(dǎo)致申請的空間超過了給分區(qū)的配額，那么只是對該分區(qū)產(chǎn)生影響，而不會對其他的分區(qū)產(chǎn)生影響。
[0063]以下對分區(qū)通信的配額進行介紹:
[0064]分區(qū)不是孤立的，分區(qū)之間需要通信。
[0065]分區(qū)間通信的基本機制是端口，端口由虛通道連接；每一個分區(qū)分配給它若干個虛通道，一個分區(qū)可以在分配給它的時間窗口中使用分配給它的虛通道發(fā)送消息以及獨占地訪問虛通道緩沖。因此，分區(qū)通信端口、通道需要根據(jù)具體應(yīng)用進行靜態(tài)配置、分配(具體配置工具由操作系統(tǒng)提供)。
[0066]步驟4)針對各個分區(qū)應(yīng)用軟件進行編碼、調(diào)試，實現(xiàn)了各個分區(qū)間的任務(wù)安全共享。
[0067]完成分區(qū)應(yīng)用功能編碼實現(xiàn)以及調(diào)試。
[0068]總結(jié):在綜合平臺中應(yīng)用分區(qū)操作系統(tǒng)，并將系統(tǒng)綜合的任務(wù)通過上述方法分區(qū)、配置、設(shè)計實現(xiàn)，完成不同安全級別任務(wù)安全共享綜合處理平臺中所有處理資源。
【權(quán)利要求】
1.一種大型飛機綜合處理平臺中的任務(wù)安全共享方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)分析大型飛機綜合處理平臺中需要綜合的系統(tǒng)功能； 2)制定分區(qū)劃分原則，對系統(tǒng)功能進行分區(qū)劃分；所述系統(tǒng)分區(qū)劃分原則包括: 原則3:按照步驟1)中的系統(tǒng)功能，相對獨立的功能獨立分區(qū)； 原則6:按照任務(wù)安全級別，不同安全級別的任務(wù)劃分為不同分區(qū)； 原則^:按照任務(wù)之間耦合度，耦合度高的任務(wù)統(tǒng)一在相同分區(qū)，降低通信開銷； 原則(1:按照任務(wù)速率組； 原則6:按照技術(shù)保護、知識產(chǎn)權(quán)保護，或按照開發(fā)商劃分分區(qū)； 3)對系統(tǒng)劃分的分區(qū)進行配額管理；配額管理包括分區(qū)的時間配額、分區(qū)的空間配額以及分區(qū)通信的配額； 所述分區(qū)的時間配額的具體步驟是: 3.1)創(chuàng)建主時間框架； 系統(tǒng)按照主時間框架調(diào)度所有分區(qū)；分區(qū)中有多個周期進程，分區(qū)周期由所有進程的周期確定，根據(jù)分區(qū)周期的最小公倍數(shù)，或其倍數(shù)確定主時間框架； 3.2)在主時間框架中為分區(qū)安排調(diào)度時間窗口 ； 時間窗口是主時間框架中分給相應(yīng)分區(qū)的執(zhí)行時間；在主時間框架內(nèi)為每一個分區(qū)分配一個或多個時間窗口，使所有分區(qū)在規(guī)定的周期時間內(nèi)被執(zhí)行； 所述分區(qū)的空間配額管理主要是存儲器的配額管理，包括指定存儲空間地址范圍以及允許分區(qū)內(nèi)進程申請的空間的大?。? 分區(qū)內(nèi)的進程只能訪問該分區(qū)的存儲資源，若進程試圖訪問其他分區(qū)的存儲資源，系統(tǒng)將產(chǎn)生異常，阻止該非法訪問； 所述分區(qū)通信的配額是指對分區(qū)間通信端口進行配置；分區(qū)間通信的基本機制是端口，端口由虛通道連接，一個分區(qū)可以在分配給它的時間窗口中使用分配給它的虛通道發(fā)送消息以及獨占地訪問虛通道緩沖端口及其通道配置具體由操作系統(tǒng)提供； 4)針對各個分區(qū)應(yīng)用軟件進行編碼、調(diào)試，實現(xiàn)了各個分區(qū)間的任務(wù)安全共享。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型飛機綜合處理平臺中的任務(wù)安全共享方法，其特征在于:所述分區(qū)劃分原則按照原則3至原則6的順序依次進行。
【文檔編號】G06F21/57GK104462987SQ201410719305
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】張曉紅, 郝玉鍇, 牟明, 李向東, 陳福, 徐 明 申請人:中國航空工業(yè)集團公司第六三一研究所