ПРЕСС-ЦЕНТР

Операционная система LynxOS - основа современных средств моделирования в условиях летных и наземных испытаний аэробуса А-380 Superjumbo

26.04.2006

Фирма Creative Electronic Systems (CES), более 15 лет поставляющая средства моделирования и оборудование для летных и наземных испытаний компании EADS Airbus Toulouse, создала на базе операционной системы реального времени LynxOS новое решение для разработчиков аэробуса A380. Если для военных и гражданских самолетов важнейшим компонентом являются силовые установки (двигатели), то для авиационных испытательных систем и средств моделирования такими "силовыми установками" является программное обеспечение, причем поддерживающее режим жесткого реального времени. Поэтому разработчики новейшей авиатехники применяют в многопроцессорных симуляторах, испытательном оборудовании, тренажерной технике высокопроизводительные операционные системы реального времени (ОСРВ). Пример крупнейшего в мире самолета А380 Superjumbo европейского консорциума Airbus, рассчитанного на 555 пассажиров, хорошо иллюстрирует вышесказанное - в данном случае разработчики симуляторов и оборудования для наземных и летных испытаний из Creative Electronic Systems с успехом применили ОСРВ LynxOS компании LynuxWorks.

Основные усилия специалистов компании CES были направлены на поиск альтернативы интерфейсу ARINC429 - с более низкой стоимостью, улучшенными эксплуатационными характеристиками, гибкостью и хорошим потенциалом для широкого распространения в самолетостроении и авионике. Снижение стоимости также предполагало минимизацию расходов на проектирование, сертификацию, эксплуатацию и логистику. От нового авиационного интерфейса требовалась сбалансированность по таким важнейшим рабочим характеристикам, как пропускная способность, длительность задержек и качество предоставляемых услуг. Поиск велся среди коммерческих шин, обладающих хорошим соотношением "цена/производительность". В итоге коммуникационной основой для построения систем нового поколения стали дуплексные (коммутируемые) каналы Ethernet, модифицированные с учетом специфики авиационного применения. Консорциум Airbus утвердил соответствующий стандарт, получивший название Avionics Full Duplex switched Ethernet (AFDX), а компания CES приступила к разработке аппаратных модулей, удовлетворяющих требованиям AFDX и содержащих в себе ОС LynxOS.

Модульные аппаратные средства
Решение фирмы CES базируется на VME-плате с процессорами PowerPC, которая может управлять мезонинами AFDX PMC (интерфейсы AFDX на модулях формата PMC с процессорами PowerPC) на платах расширения. Такой подход обеспечивает значительную свободу действий в увеличении количества AFDX-каналов.

Решение фирмы CES базируется на VME-плате с процессорами PowerPC, которая может управлять мезонинами AFDX PMC (интерфейсы AFDX на модулях формата PMC с процессорами PowerPC) на платах расширения. Такой подход обеспечивает значительную свободу действий в увеличении количества AFDX-каналов.

Программная часть решения имеет сложную многоуровневую структуру. Пользовательские приложения работают со стандартными функциональными вызовами из сервисной библиотеки AFDX. Эта библиотека обращается к AFDX-драйверу, а тот в свою очередь - к микропрограммному обеспечению мезонинных модулей. В результате конечный пользователь может перенастраивать конфигурацию, изменять режимы работы интерфейса AFDX при приеме и передаче, иметь доступ к статистической информации, применять различные отладочные и иные инструментальные средства, а также фильтры и триггеры. Таким образом, в распоряжении пользователя оказывается всё необходимое для разработки конечной системы.

В симуляторах и оборудовании для наземных и летных испытаний по этому принципу организуется функционирование вычислительных узлов (которые, например, занимаются обсчетом аэродинамики и реакций на управляющие команды), сбор и форматирование данных. Система для летных испытаний аэробуса A380 содержит 25 распараллеленных процессоров PowerPC.


* - MFCC - multifunction computing core

Расширения для ОС реального времени
Специалисты компании CES дополнили используемую ОСРВ LynxOS усовершенствованным VME-драйвером с поддержкой статической и динамической адресации, специализированными обработчиками прерываний, драйвером шины CompactPCI, особыми стратегиями прерываний для разных процессорных плат (RIO4, RIO3, RIOC и RIOS), обработчиком пользовательского ввода-вывода с семафорной синхронизацией, драйвером блочной передачи (Block Mover Accelerator - BMA) для плат VME и CompactPCI с одинарным и цепочным подключением DMA, средствами эмуляции монитора, командами для работы с флэш-памятью, поддержкой хранения ядра LynxOS в ПЗУ, поддержкой прямого конфигурирования статических параметров плат в энергонезависимой памяти, интерфейсными библиотеками для драйверов CES с примерами исходного кода, последовательностями инструкций (макрокомандами), а также полной поддержкой плат расширения и мезонинов PMC.

Специалисты компании CES дополнили используемую ОСРВ LynxOS усовершенствованным VME-драйвером с поддержкой статической и динамической адресации, специализированными обработчиками прерываний, драйвером шины CompactPCI, особыми стратегиями прерываний для разных процессорных плат (RIO4, RIO3, RIOC и RIOS), обработчиком пользовательского ввода-вывода с семафорной синхронизацией, драйвером блочной передачи (Block Mover Accelerator - BMA) для плат VME и CompactPCI с одинарным и цепочным подключением DMA, средствами эмуляции монитора, командами для работы с флэш-памятью, поддержкой хранения ядра LynxOS в ПЗУ, поддержкой прямого конфигурирования статических параметров плат в энергонезависимой памяти, интерфейсными библиотеками для драйверов CES с примерами исходного кода, последовательностями инструкций (макрокомандами), а также полной поддержкой плат расширения и мезонинов PMC.

Мультипроцессорные расширения
В стандартную конфигурацию решения BP-Net компании CES входят мультипроцессорные расширения для ОСРВ LynxOS. Они делают работу с LynxOS более комфортной и обеспечивают высокую производительность при синхронизации процессов, разделении и распределении задач, обмене сообщениями и передаче данных. Работа BP-Net организована по символическому принципу, чем достигается независимость от физического уровня. Благодаря этому решению, взаимодействие процессоров по шинам VME, CompactPCI, PCI и PVIC (PCI-to-PCI) становится прозрачным. BP-Net содержит в себе полный стек протоколов TCP/IP и обеспечивает поддержку всех процедур, имеющих отношение к сети (NFS, FTP, Telnet и rlogin).

В стандартную конфигурацию решения BP-Net компании CES входят мультипроцессорные расширения для ОСРВ LynxOS. Они делают работу с LynxOS более комфортной и обеспечивают высокую производительность при синхронизации процессов, разделении и распределении задач, обмене сообщениями и передаче данных. Работа BP-Net организована по символическому принципу, чем достигается независимость от физического уровня. Благодаря этому решению, взаимодействие процессоров по шинам VME, CompactPCI, PCI и PVIC (PCI-to-PCI) становится прозрачным. BP-Net содержит в себе полный стек протоколов TCP/IP и обеспечивает поддержку всех процедур, имеющих отношение к сети (NFS, FTP, Telnet и rlogin).

Решение BP-Net отличается удобством в использовании. При изменении числа процессоров и/или процессорной топологии переконфигурирование происходит автоматически, не требуя перекомпиляции. Низкоуровневый канальный протокол обеспечивает передачу данных по 64-разрядной шине PCI на скоростях свыше 200 Мбайт/с и синхронизацию между потоками в пределах 5 мкс. Кроме того, BP-Net обеспечивает высочайшие уровни надежности и безопасности: все проблемы, связанные с нарушением синхронизации и ошибками на шинах VME, CompactPCI и PCI-to-PCI, решаются в автоматическом режиме. Являясь оптимизированным решением, BP-Net использует все аппаратные функции вычислительного ядра CES, касающиеся обеспечения режима жесткого реального времени (прямой доступ к памяти, буферы FIFO, почтовые ящики). Для совместимости BP-Net с аппаратными и программными средствами других типов эта технология была перенесена также и на те процессоры и операционные системы, которые не могут работать в режиме жесткого реального времени.

Решение BP-Net поставляется с отдельными пакетами поддержки для вычислительных модулей VME, CompactPCI и PMC. Новые пакеты имеют ту же функциональность, что и их предшественники - можно без труда переносить программное обеспечение с одних PowerPC-плат фирмы CES на другие.

Детерминированный отклик и малые задержки
В авиационном секторе особое внимание уделяется предсказуемости поведения операционной системы. В ходе летных испытаний нередко требуется периодическая активизация моделей и гарантированная длительность передачи данных от сенсора к приемнику. Решение фирмы CES способно снабжать регистрируемые данные временными метками с микросекундной точностью.

В авиационном секторе особое внимание уделяется предсказуемости поведения операционной системы. В ходе летных испытаний нередко требуется периодическая активизация моделей и гарантированная длительность передачи данных от сенсора к приемнику. Решение фирмы CES способно снабжать регистрируемые данные временными метками с микросекундной точностью.

ОС реального времени LynxOS удовлетворяет всем требованиям POSIX. Это ценное свойство очень полезно для симуляторов, поскольку позволяет использовать модели подсистем от разных производителей и не беспокоиться о совместимости. Симуляторы, разработанные фирмой CES по заказу корпорации Airbus, содержат в себе POSIX-модели, предоставленные поставщиками силовых агрегатов, средств управления полетом, средств связи и т. д., и работают как единая система. Это обстоятельство вместе с UNIX-подобной средой программирования упрощает фирме CES задачу многократного использования кода, особенно драйверов. В основе последнего проекта консорциума Airbus лежит архитектура третьего поколения и модульный принцип построения систем, что позволяет разработчикам адаптировать для него существующие аппаратные средства, микропрограммное обеспечение и ПО.

Компания LynuxWorks намерена и в дальнейшем поставлять консорциуму Airbus интегрированные решения и распространять преимущества текущих авиационных программ на модифицированные системы, новые проекты и новые самолеты.

Стратегическим партнером LynuxWorks в России и странах СНГ является ЗАО "РТСофт", ведущая российская компания по поставке и интеграции открытых (COTS) встраиваемых компьютерных платформ VME, CompactPCI, ATCA, PCI/PMC, PC104+, XBoard, ETX и других, а также встраиваемых ОСРВ LynxOS, VxWorks, QNX, MS Windows XP Embedded, RTX, Blue Cat Embedded и средств разработки. Компания "РТСофт" - один из пионеров в идеологии и практике применения в России магистрально-модульных стандартов и открытых технологий. Успешный многолетний опыт в этой области позволяет специалистам компания "РТСофт" активно участвовать во многих сложнейших и уникальных российских проектах, таких как космические тренажерные комплексы, противоаварийная автоматика для испытаний ракетных двигателей, автоматизированные комплексы систем радиосвязи. С помощью "РТСофт" в космических тренажерах Центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина стали широко применяться решения на базе шин CompactPCI, VME, соответствующие инструментальные средства разработки и операционные системы реального времени.