实时操作系统开启软件驱动时代.docx

实时操作系统开启软件驱动时代（一）（图）2011-04-25美国海军/美国诺斯罗普 格鲁门公司X-47B无人机融合了海军、诺斯罗普格鲁门公司和Wind River公司的实时操作系统技术。据美国军用航宇电子网站2011年3月1日报道实时操作系统及相关软件正悄悄成为军用航空电子开发中的焦点，在种种应用中成为核心。 不久前，不仅可以增加硬件平台价值而且包含主机极大量软件程序的操作系统使能技术通过了批准。这种技术实际上是在硬件和软件工具之间进行的一种凝炼。实时操作系统（RTOS）对今天的军用及航宇电子设计是极为重要的，这些设计都要依赖RTOS来执行可靠性、兼容性以及预测性应用任务。位于凤凰城的美国DDC-I公司技术市场拓展经理提姆金解释，操作系统（OS）为软件开发者提供了一种工具箱，可以帮助他们创建应用特征。他称，建立的特征越丰富，应用软件就会越好。位于加利福尼亚州圣何塞的美国LynuxWorks公司市场副总裁罗伯特戴称，军用航空系统要求的功能越来越广泛，而这经常是基于传统的桌面操作系统，而不是传统的实时操作系统，包括绘图用户界面（GUIs）以及制图、先进网络、磁盘以及固态存储器（SSD）存储。戴还称，“血统”是基本的。软件工程师应该想：以前什么项目使用了RTOS？项目的成功之处是什么？RTOS的成熟性及代码基础是什么？ 位于圣地亚哥的Express Logic公司的市场副总裁约翰卡博称，经过大量战场部署验证过的可靠性是一个重要的考虑因素，“它验证了RTOS处理各种可靠性需求而降低风险的能力”。卡博还称，在满足项目进度方面经过验证的成功是另外一个重要的考虑因素，“研究表明，一些RTOS在按时或提前进度完成项目方面的益处超过了另外一些”。 戴称，“安全性”对于许多新的政府计划来说是一个主要的因素。“网络安全、信息及数据安全以及访问控制和安全注册现在经常被作为RTOS功能实时操作系统软件驱动的世界的一部分。内核分离、操作系统分割以及操作系统安全现在已经成为计划的强制内容。”（软件驱动世界的实时操作系统（之二）2011-04-26据美国军用航宇电子网站2011年3月报道 分区 风河（Wind River）公司负责航空和防务的资深董事乔伊伍拉德（Joe Wlad）承认：“在过去的十年我们已经看到了从联邦式架构（独立的应用、操作系统和硬件）发展到综合式模块化航电（IMA）架构（多应用、单CPU、时/空分区操作系统）。”风河公司是加州英特尔公司的独资子公司，该公司的VxWorks653是基于IMA架构的操作系统，正在为军用系统和商用飞机所使用。 美国海军/诺斯罗普格鲁门X-47B无人机就融合了海军、诺斯罗普格鲁门和风河公司实时操作系统（RTOS）技术 金同意时空分区是关键的特征。他解释到时间分区保证了软件的一部分可以使用CPU的一部分计算时间，而不管其他软件是否在占用。类似的，空间分区保证了一个分区的软件不会损坏其他分区上的软件内存。 金表示：“你能够设想影响安全的关键软件系统，该软件并未采取分区方式，那么就可能有一部分软件有意无意地妨碍软件其他部分的正常运作，阻止软件完成其正常功能。在最坏的情况下，它能导致飞机和机上人员损失。” 可靠性是核心问题。DDC-I负责市场的副总裁格雷格罗斯（Greg Rose）说：“将其视为保证执行和资源的可用性。从时间和空间分区可获得另一个好处是能够运行混合关键应用。你可以在同一套系统内同时执行高重要等级和低重要等级的任务，并确保这些任务正确执行。DDC-I的Deos就是依据时间和空间分区，确保执行。”（软件驱动世界的实时操作系统(之三)混合的环境2011-05-03据美国军用航宇电子网站2011年3月报道时间和空间分区变得越来越重要，出于尺寸、重量和功耗等方面的原因，航空电子生产商们正在将更多更杂的功能综合在一起，而不是每次增加新功能时都在飞机上增加一个新的黑匣子。它们将不同类型的应用集成在同一个中央处理装置（CPU）中，这样可以在飞机上用较少的黑匣子来节省尺寸、重量和功耗。但是由于同一个CPU上运行所有这些软件有可能会产生冲突，当某种软件不管是因为偶然因素还是恶意的原因出现错误时，有可能会影响到其它软件的运行，而这就是时间和空间分区发挥作用的地方。 可能某一关键的软件耗费了大量的时间和金钱通过了严格的开发验证过程，而也有可能还有某个非关键的软件通过了不太严格的开发过程，其中有可能存在错误。这两个软件可以在同一个CPU中安全地进行结合，因为RTOS在下一层确保了时间和空间的分配，这样关键程度较低的软件就不会影响关键程度较高的软件的运行。 Green Hills Software公司的最新的RTOS技术综合了时空分配和虚拟化二者的优点，提供了在安全的嵌入式系统中将Microsoft Windows 或 Linux虚拟化的能力。Microsoft Windows或Linux的安全性仅在防护偶然和非故意的破坏系统安全性的企图方面进行了验证,将二者引入军用航空应用在人员及国家安全方面都存在着危险。 使这些操作系统更加安全的唯一办法是在一个“底层隔间”中将其虚拟化，这样在面对各种复杂威胁时，就具有足够的安全性以保护涉密的及其它高价值信息，也就是SKPP EAL6+/高鲁棒性和RTCA DO-178B Level A。我们的“底层隔间”虚拟化技术是唯一的虚拟化技术，它能提供RTCA DO-178B A级和内核保护框架(SKPP) 评估保证级(EAL) 6+/高鲁棒性以防止Windows和Linux伤害到系统的安全性。(软件驱动时代的实时操作系统（之四）（图）2011-04-27美国海军和美国诺斯罗普 格鲁门公司的X-47B无人机融合了海军、诺格公司和风河公司的实时操作系统技术据美国军用航宇电子网站2011年3月报道 性能： 一个拥有丰富性能的RTOS是有益的。据Carbone称：“但避免不必要的过度行为是明智的，换句话说，不要选择一款比你所需要更多花哨功能的RTOS。这仅仅增加了复杂性，复杂化了学会和使用过程，降低了开发速度和增大了成本。取而代之的是鉴别适用于手头任务的技术。” 据King称：“你需要的是一款尽可能不带有字头的操作系统，这样你就为真正有附加价值的软件留出尽可能多的CPU带宽，这些软件不论是飞行控制系统、地面逼近告警系统，还是可能的任何其他什么软件。人们正十分敏感于操作系统的性能，并且关于那方面有着广泛不同的商用货架产品（COTS）可选。” 在RTOS对事件作出的响应方面，Day建议：“军用航空领域的应用常常要求以比商业系统更短的时间间隔响应更多的事件，不能及时响应事件的后果可能是决定其服役时间长短的关键因素。” 多核处理器常常十分适用于性能的增长，RTOS的供应商正在混淆使用多核处理器操作系统的技术和能力。据Wlad称：“VxWorks 653现正供应多核体系结构，其促成未来的设计人员向一个独立的硬件平台引入更多的应用。随着虚拟化能力的增长，我们的用户可以在基于已经ARINC 653、DO-178C环境认证的Linux操作系统上加入传统的应用。VxWorks操作系统技术支持开放式应用程序接口（API），如ARINC 653和POSIX，以及业界广泛不同的最新多核体系结构。” 据DDC-I公司一直从事Deos多核跟踪和多核性能开发的King称：“我们一直跟踪多核处理器的发展动向。从一名安全关键性系统开发人员的观察角度，那些芯片体现着十分有趣的挑战，特别是体现在资源竞争方面上，即如果运行于2个核的软件在竞争使用一个存储子系统（资源竞争条件下）时，当一个核存取数据时，另一个核就必须等待。没有人知道如果没有核使存储子系统被占用，而一个核由于处理一个关键的计算需要存取数据时会发生怎样的情况。那将是一个糟糕的情况。我们现正推出一项全球唯一的专利技术将解决这些问题，并允许用户利用全部多核处理器所赋予的能力。如果缺少该技术，你则需大部分时间从事于软件编写、运行于单独一个核上，并关掉其他的核，这样你就丧失了很大的处理能力。我们希望推出这项新技术，这样你就可利用上全部那些能力了。”软件驱动世界的实时操作系统（之五）（图）2011-04-27美国海军和美国诺斯罗普 格鲁门公司的X-47B无人机融合了海军、诺格公司和风河公司的实时操作系统技术据美国军用航宇电子网站2011年3月报道认证绿山软件公司首席执行官丹奥德称：“在军用航空应用领域，安全及安防是极为重要的。在考虑将一种RTOS应用到安全相关的领域之前，你应该对它的安全及安防性认证进行检查。在安全性认证方面的金牌标准是RTCA DO-178B A，它是飞机上要求使用的关键飞行软件。还没有任何一种RTCA DO-178B A级的软件被指责为引起飞机失事的原因。”DDC-I也提升了经过关键安全操作及认证验证过的RTOS的重要性，包括DO-178B这样的软件。奥德称，军用用户已清楚的认识DO-178B并开始对其进行增强。很多用户可能并不需要所有的DO-178认证，但是他们可能看出了这种趋势，并考虑这么做。他们想了解他们要选择的RTOS已经进行过哪些认证，以便当他们需要它的时候，它是可用的，并且不需要对系统进行重新设计。金也确认：“这是几乎每个军用航空客户都表现出来的一种趋势。每个军用航空客户在近年来都在谈论DO-178认证。”RTOS的认证是至关重要的。卡博承认：“许多航宇用户要求DO-178B认证，所以，你选择的RTOS应该已经被以前的用户认证，所有的源代码都应该可用，并且对于你的认证需求所有的也应该适用。”巫莱德称：“对于航宇防务用户来说，最重要的操作系统特征是：RTCA DO-178B和DO-178C内保障安全需求的能力，以及对于关键任务系统保障高通用标准安防需求的固有能力。”此外，奥德解释，航空电子软件金牌的安防认证标准是SKPP EAL 6+/高耐用度。这种标准描述它适用于保护机密及其他高价值的信息。（软件世界的实时操纵系统（之六）航空电子（图）2011-04-28美国海军和美国诺斯罗普 格鲁门公司的X-47B无人机融合了海军、诺格公司和风河公司的实时操作系统技术据美国军用航宇电子网站2011年3月报道航空电子航宇公司经常同时服务于军用和商用航空客户。罗斯表示，“在很多案例中，客户能在很大程度上影响技术发展，比如显示器从商业用途到军事方面的应用。” 位于加州圣何塞的DDC-I公司和Quantum3D公司，联合为下一代电子飞行包（EFB）座舱显示应用软件开发一种安全苛刻性实时显示解决方案。综合解决方案包括在DDC-I公司的Deos 安全苛刻性实时操作系统（ROTS）中应用Quantum3D公司的OpenGL IGL-178图形处理器（GPU）。DO-178B A级认证解决方案适用于等级3的EFB，包括考虑“已安装设备”和耐飞性需求的物品。 罗斯称：“DDC-I公司的Deos和Quantum3D公司的IGL-178为下一代安全苛刻性座舱软件的应用（比如电子飞行包）提供了一个完美的平台。” Quantum3D公司EVC销售主管Ray Niacaris透露：“我们已经将IGL-178技术应用于多种项目，除了其性能 综合进安全苛刻性软件，IGL-178 OpenGL图形处理器还能减少耗能并提供20年产品生命周期，这两点对于航空应用都是至关重要的。” Does是一种通过DO-178B A级认证的应用于安全苛刻性航空应用软件的的嵌入式RTOS。其不同之处在于采用了“slack scheduling”（空闲时间调度策略），能够提供高的CPU利用率。（软件驱动世界的实时操作系统（之七）（图）2011-04-27美国海军和美国诺斯罗普 格鲁门公司的X-47B无人机融合了海军、诺格公司和风河公司的实时操作系统技术据美国军用航宇电子网站2011年3月报道 通信系统 Mentor图形公司负责RTOS软件的产品营销经理Sonia Leal表示，明确的军事应用和航空应用背景有助于确定所需ROTS的特征。例如，一个民用航空应用案例对于RTOS将有明确认证需求，一个单核、时间和空间分区、能通过DO-178B标准认证的RTOS解决方案将更具优势。 而对于军事应用案例如软件定义无线电台（SDR）来说，Leal表示RTOS将需要具备高确定性、存储器防护以及合适的能与专用RTOS相匹配的规模等功能特征。SDR中接收机和发射机之间进行数字转换和消息传递的数量巨大，通用操作系统可能无法支持如此巨大的通信负荷。ODowd 表示绿山公司（Green Hills）的综合RTOS和GateD先进路由软件是罗克韦尔柯林斯公司下一代SDR网络路由器的核心，是JTRS项目的一部分。 此外，Mentor图形公司的开发人员通过持续创新扩展公司Nucleus RTOS的功能和能力。Nucleus操作系统目前具备存储和数据库管理、USB、网络化和多媒体支持以及先进的图形用户接口能力等特点。（软件驱动世界的实时操作系统（之八）（图）2011-04-27美国海军和美国诺斯罗普 格鲁门公司的X-47B无人机融合了海军、诺格公司和风河公司的实时操作系统技术据美国军用航宇电子网站2011年3月报道 安全共享 Fritz技术公司是美国政府高安全项目的主要承包商，它选择了LynuxWorks公司的LynxSecure 4.0作为它的“多安全独立等级（MILS）方案”的基础，包括一种环境，在这种环境下，服务器和应用程序可以在不同的安全等级上访问数据，从而使得大量信息节点之间的数据共享成为可能。 Fritz技术公司奠基人兼CEO博比米歇尔莱富来兹称：“使用标准硬件和Lynux Secure独立内核以及嵌入式管理程序，我们可以对安全运行、多客户操作系统以及高安全跨域数据共享的独特环境进行演示。”LynuxSecure独立内核及管理程序将开始第五代。戴称：“利用最新的硬件技术，LynuxSecure将引导形成一代多用户操作系统，可以在不同的物理系统下像传统桌面操作系统如Linux、Windows以及Solaris那样提供实时决策。支持均衡的多用户处理操作系统的能力可以实现高性能应用程序向新的安全虚拟平台的简便移植。”（软件驱动世界的实时操作系统(之九)卫星导航2011-05-04据美国军用航宇电子网站2011年3月报道DDC-I公司的Deos RTOS已用于支持各种军用航空功能，如：大气数据惯性参考装置、显示器、增强型近地告警系统、空中交通防撞系统(TCAS)和气象雷达等。 Septentrio卫星导航公司是比利时一家GNSS接收机专业制造商，现正将Deos应用于新的工程开发中。Deos是适于高可靠和高安全关键应用的高性能RTOS，拥有确定性的实时响应、存储保护、DO-178B Level A认证、“松散时序安排”以及时间和空间分割等特点。 “客户对卫星导航方面的要求越来越高，” Septentrio公司CEO称，“DDC-I公司的Deos操作系统和综合开发工具为建造客户所期望的必要应用提供了特性丰富、超可靠的平台。”（软件驱动世界的实时操作系统（之十）多芯片处理器导弹（图）2011-05-05美国海军/美国诺思罗普 格鲁门公司X-47B无人机融合了海军、诺格公司和美国风河公司的实时操作系统技术 据美国军用航宇电子网站2011年3月报道 挪威Kongsberg防御系统公司官员称调选美国绿山软件公司（Green Hill）的产品把实时操作系统、多路IDE（电子集成驱动器，指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器）