Оглавление
Введение 4
1. Постановка задачи. Обзор работы КА. Обзор ОСРВ. 7
1.1. Аппаратные средства малых КА, бортовые шины передачи данных, радиолинии. 10
1.1.1. Шины передачи данных. 12
1.1.2. Система энергоснабжения 13
1.1.3. БВС 14
1.1.4. Командная радиолиния 16
1.2. Технологический цикл управления КА 17
1.3. ОСРВ их виды, механизмы, обзор рынка современных ОСРВ 19
1.4. Процессы, потоки, задачи 24
1.5. Память 28
1.6. Прерывания 31
1.7. Часы и таймеры 33
1.8. Стандарты ОСРВ 34
1.8.1. POSIX 35
1.8.2. DO-178B 38
1.8.3. ARINC-653 39
1.9. Обзор современных ОСРВ 40
1.9.1. VxWorks 41
1.9.2. RTEMS 43
1.9.3. QNX 45
1.9.4. RT-Preempt-Linux 47
1.10. Инструментальные средства для программирования под ОСРВ. 49
1.11. Сравнение выбранных операционных систем 50
2. Разработка бортового программного обеспечения 52
2.1. Архитектура бортового ПО 56
2.2. Межзадачное взаимодействие и информационный обмен по шинам передачи данных 59
2.3. Живучесть - парирование отказов 64
2.4. Возможности для развития и модернизации 66
2.5. Тестирование и отработка бортового ПО 67
2.6. Документирование проекта 69
Заключение 71
Список сокращений 73
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ 74
Приложение А 76
Приложение Б 77
Приложение В 78
Введение
XX век стал веком освоения космического пространства. После достижения сугубо военной цели - доставки ядерного заряда в любую точку поверхности земного шара - инженеры и ученые устремили свой взгляд в неосвоенные еще человеком области природы - околоземное космическое пространство, Солнечную систему и Вселенную. Начиная с простейших искусственных спутников Земли, в настоящее время свою службу на различных орбитах несут сотни космических аппаратов (КА) различного назначения. Именно благодаря освоению космоса стала возможной спутниковая навигация, глобальное картографирование, ретрансляция сигналов между континентами, точное предсказание погоды и получение принципиально новых знаний в фундаментальных областях науки. Усложнение космической техники и задач, которые решаются с ее использованием, потребовало в свою очередь усложнения и совершенствования вычислительных средств как наземных - для баллистических расчетов и расчетов конструкции, аппаратно-программного моделирования, оперативного управления, так и бортовых средств - средств обеспечивающих целевое назначение КА. Долгое время считалось, что космическая техника должна функционировать по строго расписанным циклограммам работы и управляться разовыми командами. Циклограммы, составленные и выверенные на Земле, и заложенные на борт направляли космическую ракету в плоскости выведения и плоскостях дальнейших орбит, управляли поведением КА, включением и выключением его аппаратуры, переориентацией. В настоящее время данный подход существенно дополнен гибкой функциональностью, предоставляемой бортовыми вычислителями. Циклограммы являются удобным механизмом для выполнения заранее определенной последовательности действий с определенными временными интервалами, но с развитием вычислительной техники на смену системам с жесткой логикой пришли системы управления, построенные на основе цифровых вычислительных машин (ЦВМ). Система управления, построенная на основе бортовой ЦВМ, является гибким и надежным механизмом реализации целевого назначения космической техники. Среди множества задач решаемых БЦВМ, задачи обработки информации, принятия решений и формирования команд управления занимают центральное место и определяют всю специфику работы управляющей системы КА.
На начальной стадии внедрения БЦВМ в космическую технику, различные системы КА, как правило, имели свои автономные вычислительные устройства. Даже качественный анализ позволяет сделать вывод о том, что основным недостатком подобной организации вычислительных средств является ее низкая эффективность. Существует много бортовых задач, решаемых эпизодически или с большим временным интервалом. При решении таких задач коэффициент использования автономной БЦВМ оказывается очень низким[1].
Принципиально новой организацией вычислительных средств на борту, устраняющей указанный недостаток, явилось использование в качестве основного звена управления и обработки информации бортовой цифровой вычислительной системы (БЦВС). БЦВС строится как отказо и сбоеустойчивая система, которая обеспечивает высокую производительность, точность и надежность вычислений.
Процессы, происходящие при полете КА, являются скоротечными, часто непредсказуемыми, и требуют своевременной реакции. Помимо этого запланированные операции управления требуют высокой точности исполнения. Современное развитие аппаратных и программных средств БЦВС позволяет удовлетворить противоречивые требования задач управления бортовой аппаратурой и обеспечить целевое применение КА в процессе эксплуатации.
Программное обеспечение сложной бортовой системы управления может быть реализовано с использованием средств, предоставляемых операционными системами реального времени (ОСРВ). Использование ОСРВ позволяет разработчику программного обеспечения БЦВС на определенном уровне разработки абстрагироваться от аппаратной части КА и сконцентрироваться на решении функциональных задач по управлению космическим аппаратом.
Постановка задачи. Обзор работы КА. Обзор ОСРВ.Провести обзор современных операционных систем реального времени. На основе анализа предоставляемых возможностей выбрать ОСРВ приемлемую для реализации бортового программного обеспечения малого массо-габаритного КА “Канопус-В” и при прочих равных условиях наиболее эффективную с точки зрения:
-предоставления богатого набора высокоуровневых языков программирования, как минимум включающую реализацию ANSI C, C++ компиляторов, и обладающих высокой эффективностью генерации исполняемого кода;
-поддержки международных стандартов организации систем реального времени, как минимум POSIX 1003;
-многоплатформенность исполнения;
-предоставления богатым инструментарием кроссплатформенной разработки и отладки ПО;
-развитая поддержка основных парадигм\абстракций, используемых при решении задач автоматизации (богатство API, системных библиотек);
-массовость реализации в предметных областях ракетного и космического приборостроения.
Выбор операционной системы реального времени должен учитывать специфические потребности информационной организации и управления основными функциональными системами КА.
Разработка бортового ПО должна включать в себя разработку общей информационной инфраструктуры, обеспечивающего интеграцию, взаимодействие и управления прикладными задачами, ПО бортового комплекса управления (БКУ), ПО системы ориентации и стабилизации (СОС), ПО взаимодействия с наземным комплексом управления (НКУ), ПО автономного навигационного комплекса и ПО управления другими системами, определяющими специфику конкретного космического аппарата. Необходимо ввести понятия БКУ, СОС:
Бортовой комплекс управления КА представляет собой совокупность приборов и устройств с информационным и программным обеспечением, предназначенным для управления движением центра масс КА и управления функционированием бортового оборудования, а также для взаимодействия с наземным комплексом управления.
Основными задачами БКУ являются:
-Управление движением центра масс КА;
-Получение и обработка навигационной информации;
-Командно-логическое управление служебными системами и целевым оборудованием;
-Сбор, обработка и анализ контрольно-диагностической информации, принятие решения о парировании возникающих нештатных ситуаций, в том числе автоматическое управление выбором резервного комплекта оборудования, выбор наиболее безопасных режимов функционирования с учетом конкретного технического состояния бортовых систем космического аппарата.
Система ориентации и стабилизации (COC) представляет из себя совокупность аппаратных и программных средств обеспечивающих ориентацию КА вокруг центра масс. От корректности работы СОС во многом зависит возможность его использования по целевому назначению. К основным задачам СОС относятся:
-Гашение угловых скоростей (успокоение) после отделения КА от ракеты-носителя;
-Построение и поддержание ориентации связанных осей КА относительно опорных систем координат (стабилизация);
-Выполнение программных поворотов;
-Определение и прогноз навигационных параметров;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
