题目：基于分区技术的综合模块化航空电子系统实时行为研究

随着军事技术、计算机技术、电子技术的发展，航空电子系统逐渐趋向于先进综合式的体系结构，许多新的技术和概念引入到了航空电子领域。机载处理系统作为航空电子综合化的基础设施和关键系统，为了适应这种先进的综合化趋势，融合了当前的先进科学技术。使用分层分区结构代替原有的单一结构，为综合化的系统提供安全关键性保障。分区技术使应用软件按照关键级别分解成不同的构件，使得航空电子系统的升级和维护更加容易。机载处理系统在体现先进性的同时，也加剧了设计的复杂性。为了实现安全关键的航空电子系统，分区技术将广泛运用于航空电子系统中。因此对基于分区技术的航空电子系统进行深入的研究，分析和评价系统性能，逐渐成为研究热点。 本文深入研究了如何保证分区结构下航空电子系统实时性、安全关键性等性能；如何对资源进行有效分配，优化系统设计；如何对复杂的系统性能做出评价、分析，具体完成了以下研究工作： (1) 通过对航空电子系统和机载计算机技术的发展历程进行综述，指出了综合核心处理机的产生背景和意义，并且分析了基于分区技术的航电系统研究的关键方法。 (2) 研究了现有分层分区软件体系结构，从功能、硬件结构、操作系统、硬件模块加载软件映射4个方面对综合核心处理系统的架构进行了详细描述。提出了支持安全服务的操作系统体系结构。 (3) 为了满足航空电子系统强实时可预测性的要求，提出了基于动态优先级的双层分区调度模型，该模型满足强分区约束条件。通过需求供给函数，分析了分区可调度利用率，并在此基础上，提出了分区设计算法，导出了在该方法下的系统可调度利用率。 (4) 提出了基于固定优先级的双层分区调度模型，该模型满足强分区约束条件。通过利用率和最大响应时间两种分析方法，对系统的实时性能进行了理论分析。分析了最坏情况下任务的最大响应时间，给出了分区可调度利用率的最小上限，提出了“利用率匹配”的分区设计算法，给出了最坏情况下系统可调度利用率。并且与已有的DS-RM调度策略在最大响应时间、系统开销、调度成功率三个方面做了比较，证明了CS-RM调度策略的优越性，更适合航空电子等硬实时系统。 (5) 为了满足航空电子安全关键性的要求，建立了分层分区体系结构下，满足安全关键性和实时性的两层应用架构模型。为定量刻画任务的安全性，构建了一种安全模型。在两层应用调度模型的基础上，提出了一种2阶段的调度策略。在满足任务实时约束和安全约束的前提下，最大程度提高整个系统安全关键级别。提出了系统安全关键性能的优化算法。通过“禁忌搜索”算法求解最优解。通过大量模拟实验验证了本文提出的算法100%保证任务实时性，并最大化系统的安全关键性。 (6) 提出了特定任务集的优化设计算法，推导并证明了采用该优化算法后系统最坏情况下的可调度利用率比不采用该算法时提高了近一倍。并提出分区设计优化算法，在保证系统可调度性的同时，更好地平衡了分配资源以及系统开销两个方面。并与已有的经典算法相比，不仅减少了分配的资源而且减少了系统开销。通过实际的硬件测试，证明了分区设计优化算法的优越性。 (7) 通过研究AADL建模语言，提出了AADL对ARINC 653系统架构建模的规则，并在OSATE平台上进行了实现。简述了Ada语言，提出了AADL模型元素同Ada语言元素之间的映射规则，并通过实例证明将AADL模型转化为可执行的Ada代码的有效性。实际搭建了测试环境，并阐述了性能测试原理，从性能评估的结果来看，双层分区调度策略能够把任务的故障或异常控制在一个局部范围内，系统具有良好的稳定性，并且没有明显增加系统额外开销。 (8) 设计和实现了综合核心处理系统仿真平台，根据离散事件仿真方法，建立了系统仿真模型。该模型实现了不同安全关键级别应用任务之间的隔离。通过提取ICD接口控制文件进行实例仿真，分析了任务的可调度性及系统的实时性，实现了对综合模块化航空电子的处理系统的性能评价。