Архитектура бортового ПО

Бортовое ПО построено на принципе выделения обособленных функций в отдельные, равнозначные задачи, отличающиеся приоритетом исполнения. Получившаяся система является событийно-ориентированной системой мягкого реального времени и управляется следующими событиями:

• -прерывания по шине МКО;
• -прерывания по шине CAN;
• -прерывания по времени;
• -события — сообщение;
• -семафоры.

Выбор событийно-управляемой системы снимает необходимость в разработке и реализации строгой последовательности исполнения задач в строго заданные интервалы, что делает ее более гибкой и предполагает возможность дальнейшего совершенствования. Система настроена на управление в 20 миллисекундном цикле, который был подобран опытным путем. Иными словами планировщик задач операционной системы раз в 20 миллисекунд проверяет очередь задач на исполнение на наличие более высокоприоритетной задачи и передает ей управление в случае наличия таковой. Операционная система позволяет изменить периодичность данной проверки, но стоит принять во внимание, что увеличение частоты опроса приведет к тому, что процессорное время будет в основном использоваться для частого переключения контекстов исполнения между ядром и пользовательскими задачами. Из-за используемой схемы с мягким реальным временем периодические процессы могут быть исполнены со сдвигом в 20 миллисекунд относительно расчетного из-за возможной высокой нагрузки системы. На данном КА такое смещение не является критичным, и потому допустимо.

Очень важным является распределение приоритетов между задачами. VxWorks предоставляет в распоряжение разработчика возможность использования до 256 приоритетов. Неправильно установленные приоритеты могут привести к некорректному поведению системы в целом и даже к невозможности работы по целевому назначению. Для возможности решения этой проблемы, в случае ее возникновения, VxWorks позволяет динамически изменять приоритет задачи. Тем не менее при неверно расставленных приоритетах может возникнуть ситуация взаимной блокировки, которая может привести к полной невозможности использования системы по целевому назначению. Вопрос с расстановкой приоритетов задачам должен иметь тщательную наземную проработку.

Всего в ПО БВС выделено 18 задач. При старте системы, после инициализации, производимой средствами операционной системы, управление передается на пользовательскую точку входа. Данная точка входа является функцией которая запускает главную пользовательскую задачу — задачу обеспечения безопасности жизнедеятельности КА. Данная задача запускает заранее определенный набор приложений-задач, необходимых к исполнению после старта.

Одной из важнейших базовых задач является задача ведения бортовой шкалы времени. Эта задача имеет наивысший приоритет и тактируется от системного таймера. Задача ведения времени реализует подписку любых других задач на периодическое оповещение о наступлении требуемого времени, тем самым обеспечивая выполнение периодических процессов с заданной частотой. Примером такого периодического процесса может служить опрос устройства цифровой обработки командной радиолинии о наличии команд управления. Другим примером может служить запуск очередного цикла управления в задаче обеспечения ориентации.

В любой сложной информационной системе работа с памятью является важным и ответственным процессом, особенно все, что связано с ее выделением и последующим освобождением. Неосвобождение памяти может привести к неработоспособности системы. В сложных встраиваемых системах, требующих длительной наработки на отказ часто применяется отказ от динамической работы с памятью. Вместо этого память для всех ресурсов выделяют на этапе кодирования, тем самым исключая ее утечки. Данный механизм, несомненно, имеет минусы, так как память для массивов часто приходится выделять не под конкретные элементы, а под возможные, тем самым уменьшая эффективность использования памяти. Построение такой системы сопряжено с расчетами требуемых ресурсов памяти, требующихся для автономного существования КА на срок определенный в техническом задании. Тем не менее, как показывает практика, проектирование системы со статическим распределением памяти позволяет быстро построить надежную и достаточно гибкую систему, лишенную множества трудновыявимых ошибок кодирования, связанных с динамическим управлением памятью.

Для исполнения периодических функций используются системные механизмы сторожевых таймеров с рекурсивным перезапуском таймера, а также подписка на сообщения о наступлении определенного времени. Удобство второго механизма в том, что для его реализации необходимо только задать особый тип сообщения, рассылаемый задачей ведения бортовой шкалы времени и использовать его в уже работающем механизме обмена сообщениями.