集成模块化航空电子设备的安全关键性软件开发

集成模块化航空电子设备的安全关键性软件开发

介绍

本文介绍了安全关键性航空电子系统开发的最新趋势，特别是集成模块化航空电子设备（IMA）架构和标准的出现及其对商用现货（COTS）实时操作系统（RTOS）开发的影响。IMA旨在通过通用处理子系统、软件抽象、重用最大化和降低变更成本来简化航空电子系统设计。ACR规范和ARINC规范在航空电子业得到广泛应用，对软件架构提出了新要求。

通过风河VxWorks平台进行应用程序开发

ACR规范定义了空间分区和时间分区两个重要概念。空间分区通过内存管理单元（MMU）强制不同虚拟内存上下文来实现，而VxWorks 653针对IMA需求专门设计，支持ARINC 653模型。时间分区采用基于分区的调度，VxWorks 653在每个时间槽内执行抢占式、基于优先级的调度，并支持优先级天花板策略协议。

优先级反转、优先级继承和优先级天花板策略

优先级反转是实时操作系统设计中的一个问题，通过优先级继承或优先级天花板策略协议解决。VxWorks 653支持速率单调分析（RMA），并采用POSIX实现优先级天花板策略，限制并发阻塞APEX调用数量。

ARINC 653应用程序开发

ARINC 653 APEX（应用程序/执行程序）接口提供操作系统和应用程序软件之间的一般用途接口，支持静态系统配置和初始化模式，并为分区内部和分区间的通讯提供良好结构。

异构应用程序支持

VxWorks 653支持运行在单独ARINC分区内的异构应用程序，允许Ada、POSIX和VxWorks应用程序在IMA环境中相互通讯。

系统配置

ARINC 653架构通过系统和分区配置纪录来保证资源的可用性，VxWorks 653采用独立编译连接和加载（IBLL）过程，降低变更成本，并提供可完全配置的运行时环境。

健康监控系统和重新启动

ARINC 653定义了健康监控器（HM）概念，VxWorks 653的HMS框架支持警报检测、警报纪录和警报响应，并提供动态重新配置扩展。

安全关键性系统开发工具

风河VxWorks 653平台提供基于Eclipse的风河工作台开发套件，包括项目配置、代码浏览和编译、模拟器和目标调试、以及系统察看器分析器，支持动态可视化功能。

联网IMA系统的安全考虑因素

风河VxWorks 653平台提供可选的可配置网络堆栈，支持DO-178B级别A认证，并采用可伸缩的系统调用特权机制。

IMA系统的安全考虑因素

IMA系统的认证建立在现有联合系统认证方法的基础上，通过使用空间分区将模块操作系统和分区分离，可以重用已认证的软件组件。

总结

航空电子工业正转向IMA架构，风河VxWorks 653平台提供集成设备软件解决方案，提高开发效率，简化认证过程，并支持异构应用程序，最大化软件重用。