嵌入式軟件是航天型號(hào)軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。隨著航天型號(hào)的快速發(fā)展，嵌入式軟件規(guī)模及復(fù)雜度呈快速遞增態(tài)勢(shì)。為了降低軟件開發(fā)復(fù)雜度，提高系統(tǒng)可靠性，采用高可靠嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)已經(jīng)成為了航天型號(hào)研制的必然選擇和迫切需求，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)已經(jīng)成為航天型號(hào)發(fā)展的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。國(guó)內(nèi)對(duì)高可靠嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的研究和應(yīng)用還比較少，《航天高可靠嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)原理與技術(shù)》全面分析了國(guó)內(nèi)外高可靠嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)理論、技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)展，并對(duì)研發(fā)航天高可靠嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的理論、方法和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入闡述，其中很多成果尚屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。《航天高可靠嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)原理與技術(shù)》主要面向的讀者是型號(hào)軟件的開發(fā)人員、調(diào)試人員、測(cè)試人員以及管理人員，也可作為相關(guān)專業(yè)高等院校師生的參考書。
近年來(lái)，隨著航天技術(shù)的快速發(fā)展，航天型號(hào)軟件的規(guī)模、復(fù)雜度、重要程度，以及在型號(hào)中所承擔(dān)的功能比重均呈急劇上升的趨勢(shì)。
美歐航天發(fā)達(dá)國(guó)家的航天型號(hào)研制經(jīng)驗(yàn)表明，采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)于提高復(fù)雜型號(hào)軟件的開發(fā)效率，以及軟件的可靠性、安全性、繼承性都具有重要意義。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱RTOS）是指能在確定的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)外部事件的一類操作系統(tǒng)。從國(guó)外的應(yīng)用歷程及規(guī)律分析可知，目前我國(guó)航天嵌入式RTOS正處于“磨合期”，一旦技術(shù)上有所突破，將會(huì)出現(xiàn)大量應(yīng)用的局面。
航天型號(hào)對(duì)RTOS的可靠性、安全性等要求苛刻，雖然RTOS的代碼規(guī)模不大，但是其操作系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)組合所帶來(lái)的高度復(fù)雜性，導(dǎo)致對(duì)其進(jìn)行分析、測(cè)試及驗(yàn)證工作的技術(shù)難度高、工作量大，需要非常豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技巧。
當(dāng)前RTOS技術(shù)在不斷推陳出新，及時(shí)了解、熟悉與掌握最新的原理、技術(shù)與方法，對(duì)于RTOS的技術(shù)選型、自主研發(fā)，以及升級(jí)現(xiàn)有的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)都非常必要。
本書以闡述嵌入式RTOS構(gòu)成原理、方法與技術(shù)為主線，圍繞高可靠、高安全這一技術(shù)要素進(jìn)行內(nèi)容組織，對(duì)RTOS設(shè)計(jì)模型、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、測(cè)試方法、支持工具等進(jìn)行細(xì)致而深入的闡述，并提供了大量的系統(tǒng)實(shí)例，具有較強(qiáng)的可操作性與較廣的技術(shù)覆蓋面。
本書內(nèi)容來(lái)源于筆者承擔(dān)國(guó)家重大科技專項(xiàng)、國(guó)防基礎(chǔ)科研、總裝預(yù)研、航天科技重點(diǎn)創(chuàng)新基金、航天支撐技術(shù)基金等課題的研究成果。筆者針對(duì)高可靠RTOS架構(gòu)、設(shè)計(jì)、測(cè)試與驗(yàn)證方法等進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤與研究，并在航天型號(hào)研制中進(jìn)行了實(shí)踐。本書是對(duì)上述成果的整理與總結(jié)。
全書共分為8章，從3個(gè)方面進(jìn)行介紹：第1章～第4章介紹RTOS現(xiàn)狀及概述、高可靠軟件標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范、RTOS基本概念及原理以及國(guó)外航天應(yīng)用的RTOS產(chǎn)品；第5章～第7章針對(duì)RTOS的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)展開，詳細(xì)介紹RTOS設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)模型、系統(tǒng)實(shí)例、容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度、內(nèi)存空間保護(hù)、資源競(jìng)爭(zhēng)防護(hù)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)加固、容錯(cuò)恢復(fù)以及健康監(jiān)控技術(shù)；第8章介紹RTOS的測(cè)試技術(shù)與方法。
本書主要面向航天型號(hào)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試以及管理人員，對(duì)于其他嵌入式軟件研發(fā)人員而言，本書也不失為一本有助于拓寬視野、了解和掌握高可靠軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)與測(cè)試新技術(shù)的可選之書。
第1章 高可靠實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
1.1高可靠實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)概述
1.2高可靠RTOS發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)
1.3航天對(duì)高可靠RTOS的需求
1.4本書的結(jié)構(gòu)
第2章 安全關(guān)鍵軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范概述
2.1軟件可靠性
2.1.1軟件可靠性概念
2.1.2軟件可靠性評(píng)價(jià)
2.2高可靠軟件設(shè)計(jì)
2.2.1軟件可靠性工程
2.2.2軟件可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)
2.3軟件可靠性與防危性區(qū)別
2.4國(guó)外安全關(guān)鍵軟件研制標(biāo)準(zhǔn)
2.4.1DO-178B標(biāo)準(zhǔn)
2.4.2ARINC653標(biāo)準(zhǔn)
2.4.3NASA標(biāo)準(zhǔn)
2.4.4ECSS標(biāo)準(zhǔn)
2.4.5DOD標(biāo)準(zhǔn)
2.5國(guó)內(nèi)安全關(guān)鍵軟件研制標(biāo)準(zhǔn)
2.5.1GJB 2786-96標(biāo)準(zhǔn)
2.5.2GJB/Z 102-97標(biāo)準(zhǔn)
2.5.3GJB 438A-97標(biāo)準(zhǔn)
第3章 RTOS基本概念和原理
3.1RTOS總體結(jié)構(gòu)
3.2RTOS內(nèi)核
3.2.1RTOS內(nèi)核概述
3.2.2任務(wù)調(diào)度管理
3.2.3內(nèi)存管理
3.2.4同步與通信
3.2.5中斷/異常管理
3.2.6時(shí)鐘定時(shí)器
3.3設(shè)備管理與驅(qū)動(dòng)
3.3.1設(shè)備管理
3.3.2設(shè)備驅(qū)動(dòng)
3.4嵌入式文件系統(tǒng)
3.4.1概述
3.4.2Flash文件系統(tǒng)
第4章 國(guó)外航天應(yīng)用的RTOS產(chǎn)品
4.1VxWorks產(chǎn)品介紹
4.1.1VxWorks基本結(jié)構(gòu)
4.1.2VxWorks主流版本
4.2Integrity產(chǎn)品介紹
4.2.1Integrity-178B RTOS
4.2.2Integrity RTOS
4.2.3Integrity PC
4.3RTEMS產(chǎn)品介紹
4.3.1RTEMS內(nèi)核結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)
4.3.2RTEMS版本發(fā)展
4.4QNX產(chǎn)品介紹
4.4.1QNX Neutrino RTOS
4.4.2QNX Neutrino RTOS Secure Kernel
4.4.3QNX Neutrino RTOS Safe Kernel
4.4.4QNX RTOS v4
4.5LynxOS產(chǎn)品介紹
4.5.1LynxOS
4.5.2LynxOS-178B
4.5.3LynxOS-SE
第5章 高可靠RTOS設(shè)計(jì)原理
5.1RTOS可靠性設(shè)計(jì)理念
5.1.1RTOS可靠性設(shè)計(jì)面臨問(wèn)題
5.1.2高可靠RTOS設(shè)計(jì)模型
5.1.3可靠性與性能的權(quán)衡設(shè)計(jì)
5.2高可靠RTOS設(shè)計(jì)范例
5.2.1分區(qū)操作系統(tǒng)
5.2.2基于虛擬化的安全操作系統(tǒng)
5.2.3基于二代微內(nèi)核的安全操作系統(tǒng)
5.3RTOS驗(yàn)證技術(shù)
第6章 高可靠RTOS內(nèi)核實(shí)現(xiàn)技術(shù)
6.1容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度
6.1.1容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度概述
6.1.2容錯(cuò)實(shí)時(shí)調(diào)度算法介紹
6.2內(nèi)存保護(hù)
6.2.1內(nèi)存保護(hù)的重要性
6.2.2多層次內(nèi)存保護(hù)技術(shù)
6.2.3內(nèi)存泄露的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及回收
6.2.4蒙德里安內(nèi)存保護(hù)
6.3空間輻照環(huán)境下的內(nèi)存數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)
6.3.1空間輻照概述
6.3.2冗余內(nèi)存分配技術(shù)
6.3.3內(nèi)存冗余編碼技術(shù)
6.4資源競(jìng)爭(zhēng)防護(hù)
6.4.1資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題及防護(hù)技術(shù)
6.4.2動(dòng)態(tài)檢測(cè)算法
6.4.3靜態(tài)檢測(cè)算法
第7章 設(shè)備驅(qū)動(dòng)及可靠性增強(qiáng)技術(shù)
7.1高可靠RTOS設(shè)備驅(qū)動(dòng)技術(shù)
7.1.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)概述
7.1.2設(shè)備驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題分析
7.1.3提高驅(qū)動(dòng)可靠性的技術(shù)概述
7.1.4設(shè)備驅(qū)動(dòng)加固技術(shù)介紹
7.2高可靠RTOS容錯(cuò)技術(shù)
7.2.1高可靠RTOS容錯(cuò)技術(shù)意義
7.2.2容錯(cuò)技術(shù)
7.2.3錯(cuò)誤屏蔽策略
7.2.4錯(cuò)誤恢復(fù)策略
7.2.5RTOS容錯(cuò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)
7.3RTOS健康管理
7.3.1健康管理
7.3.2ASAAC中的系統(tǒng)管理
7.3.3ARINC653中的健康管理
7.3.4基于模型的健康管理技術(shù)
第8章 RTOS測(cè)試技術(shù)和方法
8.1RTOS測(cè)試技術(shù)概述
8.1.1軟件測(cè)試是RTOS可靠性保障的重要手段
8.1.2RTOS測(cè)試方法分類
8.2RTOS覆蓋率測(cè)試
8.2.1覆蓋率測(cè)試
8.2.2覆蓋率測(cè)試工具簡(jiǎn)介
8.2.3目標(biāo)碼覆蓋率測(cè)試
8.3RTOS綜合功能測(cè)試
8.3.1RTOS功能點(diǎn)
8.3.2RTOS綜合功能測(cè)試模型
8.3.3多維測(cè)試模型
8.4RTOS性能測(cè)試
8.4.1時(shí)間參考
8.4.2性能指標(biāo)
8.4.3最大關(guān)中斷時(shí)間比較方法
8.5RTOS基準(zhǔn)測(cè)試
8.5.1RTOS基準(zhǔn)測(cè)試套件
8.5.2Rhealstone
8.5.3ThreadMetric
8.5.4HartStone
8.5.5混合負(fù)載基準(zhǔn)測(cè)試
8.6RTOS測(cè)試支撐技術(shù)
8.6.1RTOS接口測(cè)試自動(dòng)化技術(shù)
8.6.2RTOS可移植接口技術(shù)
參考文獻(xiàn)
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