李庆楠，刘宵辰，严 琳，骞恒源
(航空工业西安航空计算技术研究所，陕西 西安710065)
机电系统是除航空电子系统、飞控系统和推进系统外，支持飞机正常、安全工作所必须的机载设备系统[1]。机电管理系统作为机电系统综合化管理、控制及故障检测的计算机系统，在小、轻、低设计需求下，高度综合是必然发展趋势。综合化引起产品功能增多，软件复杂性及规模不断增大，传统依靠源代码或库综合软件的方式虽然能实现多个软件配置项在同一处理器上运行，但存在耦合性强，软件异常情况时彼此互相影响的问题，因此设计综合化、低耦合、强隔离的机电管理软件具有重要意义。
天脉2(ACoreOS653)是符合ARINC653标准的国产分区实时操作系统，面向多应用，多任务的使用场景。在空间方面，天脉2通过存储器管理单元(MMU)实现多个应用软件的空间隔离，既保证了核心中数据不被非法访问，也保证了分区应用间数据访问的安全性。在时间方面，严格按照分区调度表进行时间片轮转，各分区在分配的时间窗口内独占CPU，保证了运行时间的确定性[2-5]。
2.1 软件架构设计
机电系统包括供电系统、燃油系统、液压系统、环控系统、刹车防滑系统、起落架系统、前轮转弯系统、应急动力系统、生命保障系统、进气道控制系统、防冰/除冰系统、火警/过热/烟雾探测系统、动力系统等。
根据各系统的功能、安全级别、耦合度等因素，将机电系统任务划分到六个分区中，如图1所示。
图1 基于天脉2的机电管理软件结构图
信息综合处理软件分区负责对硬件资源进行管理，为应用软件提供数据支持；
供电系统软件分区负责交、直流系统状态监测及控制功能；
燃油系统应用软件负责油量解算，供油、加油、输油以及通气增压及抑爆子系统的状态检测及控制功能；
武器系统应用软件负责武器舱门的收放控制功能；
起落架系统负责起落架和起落架舱门的收放控制及状态检测功能；
子系统应用软件分区负责处理功能简单的子系统任务，如包含子系统控制器的前轮转弯系统、刹车系统、进气道系统等。
信息综合处理软件是应用软件获取外部信息、向外部输出信息的桥梁，为应用软件屏蔽了硬件实现细节。应用软件分区仅与信息综合处理软件进行数据交互，从软件功能层面划分，分区1中的信息综合处理软件位于应用软件之下，层次化的软件架构如图2所示。
图2 机电管理软件架构图
信息综合处理软件对硬件资源进行管理，采集外部的离散量、模拟量及总线数据，监控硬件健康状态，并将数据处理后传递到各个分区，各分区应用软件处理后将结果返回，信息综合处理软件调用相关输出驱动对外部设备进行控制，并向总线发送数据。
2.2 系统配置
2.2.1 时间分配
根据各分区最小任务周期及处理任务的耗时情况，本文设计了两套调度表，如表1所示。0号调度表用于各分区初始化，1号调度表用于周期调度，主时间框架为10 ms。
表1 时间分配表
2.2.2 分区端口
信息综合处理软件与各应用软件之间采用统一的信息交互方式，即分区采样端口。为保证通信数据余量，数据刷新的实时性，本文设计的分区端口参数信息如表2所示。
表2 分区端口信息表
2.2.3 信息综合处理软件设计
信息综合处理软件处理接口种类多，数量大，为提升软件可维护性和可移植性，采用层次化设计，如图2所示，其内部划分为资源管理层，数据管理层和数据转换层。资源管理层实现资源配置初始化、各资源读入操作及输出操作、资源状态监测等功能；
数据管理层实现接口输入数据解算、接口输出数据组织、总线输入数据解析、总线输出数据组织等功能；
数据转换层按应用软件需求对数据进行处理、转换。信息综合处理软件中创建3个任务，分别用于输入信号采集、处理，数据输出，以及健康监控。
2.2.4 机电系统应用软件设计
应用软件通过分区端口接收指令与数据，对指令进行响应，并根据数据进行状态监测。各应用软件中均创建两个任务，一个任务处理控制功能逻辑，另一个任务进行状态监测和告警信息处理。程序流程如图3所示。
图3 应用软件任务流程图
经实际应用验证，本文设计的基于天脉2的机电管理软件具有层次清晰、可维护性强的特点，既实现了产品级多种功能的集成，又保证了产品内部软件低耦合，强隔离性。
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