面向新一代航空電子的實(shí)時(shí)自適應(yīng)資源管理中間件及算法研究.pdf

1、當(dāng)今，航空電子正朝著微型化、綜合化和智能化的方向發(fā)展，新一代航空電子系統(tǒng)是一個(gè)有線與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合、有明確分工協(xié)作、有大量信息交互的DRE(DistributedReal-time Embedded)系統(tǒng)。隨著航空電子綜合化，機(jī)載軟件系統(tǒng)變得日趨復(fù)雜，而傳統(tǒng)實(shí)時(shí)中間件也面臨著新的挑戰(zhàn)：1)傳統(tǒng)實(shí)時(shí)中間件不支持動(dòng)態(tài)與不確定載荷的管理；21盡管傳統(tǒng)實(shí)時(shí)中間件支持功能可移植，但在實(shí)時(shí)性可移植方面卻無(wú)能為力；3)傳統(tǒng)實(shí)時(shí)中間件未能將系統(tǒng)功能的實(shí)

2、現(xiàn)與QoS(Quality of Service)的確保分離開(kāi)，大大降低了構(gòu)件的可重用性。 為了順應(yīng)航空電子綜合化的趨勢(shì)，本論文提出了一種面向新一代航空電子的實(shí)時(shí)自適應(yīng)資源管理中間件RTARMM(Real-Tune Adaptive Resource Management Middleware)以及三個(gè)自適應(yīng)算法，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)不確定載荷管理，使之支持實(shí)時(shí)性可移植，以解決新一代航空電子系統(tǒng)所面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。本論文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新之處

3、包括： 1)分析了航空電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，介紹了美國(guó)F-22航空電子體系結(jié)構(gòu)和我國(guó)新一代戰(zhàn)斗機(jī)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；根據(jù)我國(guó)航空電子系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展水平，提出了面向新一代航空電子系統(tǒng)自適應(yīng)資源管理中間件RTARMM的設(shè)計(jì)思路、體系結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)方案；將QoS概念引入到實(shí)時(shí)任務(wù)中，從軟件結(jié)構(gòu)上提供對(duì)實(shí)時(shí)任務(wù)QoS機(jī)制的支持，并設(shè)計(jì)專門(mén)的構(gòu)件與模塊以實(shí)現(xiàn)多種QoS自適應(yīng)策略，實(shí)現(xiàn)了將系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與QoS的確保分離的目標(biāo)。

4、2)針對(duì)周期性實(shí)時(shí)任務(wù)，提出了一種基于最優(yōu)收益的任務(wù)再分配算法，采用兩級(jí)調(diào)度思想實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)CPU資源管理：頂層算法在系統(tǒng)載荷發(fā)生變化時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)QoS，在確保任務(wù)可調(diào)度性的同時(shí)，保持系統(tǒng)總體性能最優(yōu)；底層算法(如RM：Rate Monotonic)則負(fù)責(zé)實(shí)際的任務(wù)調(diào)度。 3)針對(duì)具有端到端任務(wù)模型的DRE系統(tǒng)，提出了一種性能控制算法，它能兼顧非周期實(shí)時(shí)任務(wù)的個(gè)體性能(任務(wù)實(shí)時(shí)性)和總體性能(系統(tǒng)吞吐量)；并將任務(wù)估計(jì)執(zhí)行時(shí)間與

5、實(shí)際執(zhí)行時(shí)間之間的偏差、非周期任務(wù)到達(dá)作為引起系統(tǒng)不確定的兩個(gè)外部因素。該算法即能通過(guò)許可控制從概率上確保任務(wù)的端到端截止時(shí)間，又能通過(guò)經(jīng)典反饋控制提高CPU利用率。 4)同樣針對(duì)具有端到端任務(wù)模型的DRE系統(tǒng)，提出了一種利用率控制算法，它將非周期任務(wù)許可控制機(jī)制與最優(yōu)控制理論相結(jié)合，把系統(tǒng)抽象成一個(gè)多輸入多輸出控制問(wèn)題，采用離散時(shí)間狀態(tài)空間方程描述系統(tǒng)行為，并通過(guò)建立具有線性二次型指標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)控制模型實(shí)現(xiàn)非周期任務(wù)端到端利用