国产天脉1型操作系统的嵌入式软件开发配置张斌(陕西宝成航空仪表有限责任公司研发中心,宝鸡721006)摘要:本文介绍了中航631所研制的天脉1型嵌入式实时操作系统,分析了天脉1型操作系统及相关平台的配置方式㊂针对M S L层及O S层特点,在P1013硬件系统上实现了天脉1的配置和工程应用㊂应用结果表明,基于天脉1型操作系统的嵌入式软件具备强实时㊁稳定性高并支持多任务的特点,能够提高武器装备质量㊂关键词:天脉1操作系统;嵌入式;M S L配置中图分类号:T P319文献标识码:AE m b e d d e d S o f t w a r e C o n f i g u r a t i o n o f A C o r e O S1.X O p e r a t i n g S y s t e mZ h a n g B i n(A V I C S HA N X I B A O C H E N G A V I A T I O N I N S T R UM E N T C o.,L t d.,B a o j i721006,C h i n a)A b s t r a c t:T h e A C o r e O S1.X e m b e d d e d r e a l-t i m e o p e r a t i n g s y s t e m i s i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r.T h e c o n f i g u r a t i o n o f A C o r e O S1.X o p e r a t i n g s y s t e m a n d r e l a t e d p l a t f o r m s a r e a n a l y z e d.A c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f M S L l a y e r a n d O S l a y e r,t h e s y s t e m i s i m p l e m e n t e d o n P1013h a r d w a r e s y s t e m.T h e e n g i n e e r i n g r e s u l t s s h o w t h a t t h e e m b e d d e d s o f t w a r e b a s e d o n A C o r e O S1.X o p e r a t i n g s y s t e m h a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f s t r o n g r e a l-t i m e,h i g h s t a b i l i t y a n d m u l t i t a s k s u p p o r t,w h i c h c a n i m p r o v e t h e q u a l i t y o f w e a p o n e q u i p m e n t.K e y w o r d s:A C o r e O S1.X o p e r a t i n g s y s t e m;m e a s u r e m e n t o f r e l a t i v e l e v e l;M S L c o n f i g u r a t i o n0引言嵌入式实时操作系统是管理嵌入式计算机软件/硬件资源㊁为应用软件提供运行平台的核心基础软件㊂在我国的航空装备上曾经大量使用了国外的商用操作系统(如V x W o r k s等),但是由于不掌握核心技术,难以发现和消除这些系统中可能存在的安全隐患,对国家和航空装备的安全性造成严重的影响㊂因此,嵌入式实时操作系统国产替代势在必行㊂天脉1型嵌入式操作系统(简称天脉1,英文名为A C o r e O S1.X)是中航工业西安航空计算所研发的针对航空应用需求设计的机载嵌入式实时操作系统,能够完全满足机载环境所提出的强实时㊁高安全㊁高可靠㊁高确定㊁可裁剪㊁可升级等特殊要求㊂目前,天脉1型嵌入式操作系统已在我国多型军㊁民用航空装备上广泛应用㊂本文介绍了天脉1型操作系统在P1013硬件系统上的配置方法㊂1天脉1操作系统简介天脉1操作系统(A C o r e O S)采用C语言与汇编语言开发,按照G J B和D O178B进行研发测试,是一款面向多任务应用的强实时性嵌入式操作系统,能够协助用户管理嵌入式系统硬件资源,降低应用软件开发难度㊂A C o r e O S操作系统具有以下突出特点:①强实时性:其内核可抢占㊁中断可嵌套㊁优先级抢占㊁防止优先级反转㊁中断响应快速;②可靠性:其基于MMU存储保护设计㊁提供错误接管机制㊁按照A级软件研制;③可维护性:其采用模块化㊁层次化结构,接口符合标准;④兼容性:提供V x W o r k s兼容包,支持C/C++语言,提供符合P O S I X接口的运行时库;⑤适用性:支持国产处理器㊁支持常用功能组件(如图形组件㊁文件系统㊁运行时库),支持系统级调试;⑥支持硬件层抽象,能够实现M S L软件与操作系统软件间的分离,通过修改M S L软件可将操作系统移植到同系列㊁不同处理器结构上,M S L软件可配置㊁可裁剪㊂天脉1型操作系统依据A S A A C标准所定义的三层软件架构设计而成,包含模块支持层(M S L)㊁操作系统层(O S L)及应用层(A L)㊂三层软件结构独立,相互分离,系统组件可配置㊁可裁剪,提供灵活的空间配置㊁内存配置,开发人员可根据硬件特点进行针对性开发设计㊂通过分层设计实现各层软件之间的分离,解决了操作系统在不同图1 天脉1操作系统三层结构硬件平台的可移植性㊁硬件设备升级和应用软件可重用的问题㊂基于天脉1操作系统开发的软件结构图如图1所示㊂2 M S L 配置模块支持层(M S L )用于在天脉系列操作系统中将硬件层抽象,形成独立可运行部分,为上层操作系统内核提供硬件操作访问接口㊂M S L 配置包含处理器配置㊁组件配置㊁设备配置及空间配置,如图2所示㊂对于每一个配置项,其右边均有其属性选择项,开发人员可根据当前硬件环境通过下拉菜单或手动输入边界范围配置各类属性㊂图2 M S L 配置组件图2.1 B S P 包修改板级支持包(B o a r d S u p p o r t P a c k a ge ,B S P )需在购买天脉1时配套购买,P 1013的B S P 为P P C e 500系列㊂B S P 包括启动代码与驱动代码,启动代码为汇编指令,主要为初始化e 500v 2C P U 核心㊁关闭c a c h e㊁初始化堆栈以及代码段重定位,为之后运行C 程序创建环境㊂B S P 包另外一部分为驱动代码,包括串口㊁网络㊁定时器㊁存储等㊂2.2 配置运行空间运行空间指程序在R AM 中的运行空间,以及各个段的划分保证程序的运行㊂在天脉操作系统中,需要分别配置M S L 以及O S 的内存空间㊂首先打开M S L 配置(m s l .c f g ),在空间配置的S D R AM 中配置物理起始地址为0,大小为0x 10000000,虚拟地址与物理地址一致,属性为MM _D E F A U L T _A T -T R ㊂该段空间指定了M S L 与O S 在内存中的运行空间㊂在M S L 配置完成后,打开M S L 的内存配置(后缀为m t p 的文件),配置R AM 分区起始地址为0,大小为0x 10000000,这段地址必须在M S L 空间配置的S D R AM范围内㊂v e c t o r 段装入地址改为0x 01000000,指示向量段的起始位置㊂H E A P 大小为0x 0C 000000,起始地址为0x 04000000㊂b o o t r o m 的起始地址改为0x 01000000(与向量段保持一致)㊂需要注意向量段的大小要至少大于0x 4000㊂v e c t o r 段㊁d a t a 段㊁b s s 段㊁H E A P 段的总和要小于等于R A M 分区㊂2.3 配置F l a s h 设备在M S L 配置中,设备下的存储设备上右键点击新建ңF l a s h 设备,在新建出来的F l a s h 设备上右键点击新建,选择S 29G L 512P 并设置参数.2.4 配置映像描述文件与R O M 空间映像描述文件是M S L 通过F l a s h 驱动写在F l a s h 上的一小段数据,记录了M S L ㊁O S 以及A P P 的加载㊁固化地址㊁映像大小等信息,当M S L 运行后会检测在指定的地址上是否存在映像描述文件,如果不存在,则在指定地址上写描述文件;如果存在,则检测描述文件的内容;如存在O S 已经被固化的信息,则会自动从描述文件记录的地址读取O S 并运行,A P P 也是同理㊂映像配置参数图如图3所示,基本参数一栏中指定了映像描述文件的地址,R OM 空间指示除M S L 外其余映像的固化空间,L o a d 空间指示A P P 在R AM 中的运行空间㊂图3 映像配置参数图2.5 配置串口串口使用的是S T 16552标准串口,代码位于$(M S L _T A R G E T )/m s l /b o a r d /p p c /p1013/d r i v e r /s e r i a l /s t 16552.c ,另外在$(M S L _T A R G E T )/m s l /b o a r d /p p c /p 1013/i n c l u d e /pl a t f o r m.h 中,将C C S B A R 的宏值改为0x F F 700000㊂串口的波特率㊁数据位㊁停止位㊁校验模式㊁通信模式的配置在m s l .c f g 下的设备ң串口控制器ңST 16552ңC OM 1在S T 16552上右键点击,新建ң串口,添加第二路串口并设置参数即可㊂串口配置如图4所示㊂图4 串口配置图2.6 配置网络M S L 下网卡相关配置在M S L 配置ң组件ң目标机代理ң设备配置,I P 与端口的配置在M S L 配置ң组件ң目标机代理ң通信配置ңU D P 通道㊂网络配置如图5所示㊂图5 网络配置图注意:M S L 下的网络协议栈只包括最基本的网络收发以及p i n g 命令所用的I C M P 协议,T C P 与U D P 通信无法使用㊂2.7 下载并运行M S L完成以上基本系统配置后,在工程上点击右键选择构建项目,编译生成的可执行程序位于$(W o r k s p a c e )/$(M S L _T A R G E T )/p1013_r o m _b u r n 目录下㊂将M S L 的I P 设置为与开发机器同一网段㊂目标机连接串口与网口,打开串口助手,上电后在倒计时的时刻输入空格键后,输入 s t o p 进入u b o o t ㊂设置u b o o t 下I P :s e t i p a d d r 10.10.6.122;设置t f t p 服务端I P :s e t s e r v e r i p 10.10.6.28;保存环境变量改动:s a v e e n v ㊂u b o o t 下I P 尽量设置为与M S L 的I P 不同,否则可能导致M S L 运行后无法连接目标机㊂设置完毕后下载m s l .b i n 到内存0x 1000000地址中并运行:t f t p 1000000m s l .b i n ;go 1000000下载地址应当与M S L 内存配置中v e c t o r 段的装入地址一致,否则无法运行M S L ㊂当看到 M S L f o r A C o r e O s以及I P 地址等信息后,表示M S L 启动成功㊂M S L 启动图如图6所示㊂图6 M S L 启动图3 O S 配置A C o r e O S 配置包括内核㊁目标机代理㊁系统时间㊁设备管理组件㊁F A T 文件系统㊁大容量文件系统㊁主机文件系统等与操作系统运行参数及功能组件相关的配置㊂O S 配置定义了操作系统内核组件,以可配置组件方式向开发人员提供操作接口㊂同时,O S 配置定义了应用任务的部分属性㊂4 文件系统的配置文件系统的配置主要为在M S L 下的D F L 设备配置与O S 配置下的F A T 文件系统组件配置㊂首先打开M S L 配置,在设备下的存储设备菜单上点击右键,选择新建ңD F L 设备,在D F L 设备上右键选择新建ңn o r f l a s h 设备,配置大小等参数㊂文件系统配置如图7所示㊂图7 文件系统配置图此处的起始地址指文件系统在F l a s h 设备上的起始地址,大小指示文件系统在F l a s h 上占用的大小㊂在M S L 下添加完D F L 设备后,打开O S 配置,在A C o r e O S 配置上右键选择新建ңF A T 文件系统,在生成的F A T 文件系统子菜单上点击右键选择新建ң设备信息表,再设备信息表上右键选择新建ң设备信息,随后修改其中的相关参数㊂F l a s h 设备配置如图8所示㊂图8 F l a s h 设备配置图需要注意以下几点:①设备信息表中的设备名需要与M S L 配置下D F L设备名保持一致,否则无法创建文件系统㊂②设备类型中的值0x 50表明文件系统建立在F l a s h 设备上,如果为R a m d i s k 文件系统,此处应为0x F 8㊂③当设备第一次加载文件系统组件时需要将格式化选项设置为t r u e,运行系统时格式化需要耗费一段时间,等待格式化完成并且系统启动成功后,再次运行系统可以将格式化选项设置为f a l s e ,无需再次格式化;如果修改了文件系统的其他配置(如起始地址或起始盘符)后,同样也需要执行一次格式化,才可使修改后的配置生效㊂5 结 语本文介绍了国产天脉1操作系统的特点,详细描述了基于P 1013硬件系统B S P 包开发㊁M S L ㊁O S L 以及文件系统的配置,对基于相似硬件系统开发国产天脉1操作系统应用具有一定的借鉴意义㊂参考文献[1]天脉技术白皮书,2020.[2]A C o r e O S 机载嵌入式实时操作系统参考手册,2017.[3]A C o r e O S 机载嵌入式实时操作系统程序员手册,2017.[4]李向东,徐宁.基于国产天脉1型操作系统的嵌入式软件开发配置[J ].信息通信,2016(12):162164.张斌(高级工程师),主要从事嵌入式系统软件设计和惯性导航技术研究㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2020-11-02)C I T E 2021圆满闭幕:把脉产业方向,共绘发展蓝图4月11日,第九届中国电子信息博览会(C I T E 2021)在深圳会展中心圆满收官㊂本届博览会以 创新驱动高质量发展 为主题,现场有超1500家参展商,发布了近万件新产品㊁新技术,全方位㊁多角度展示了电子信息产业的最新发展成果㊂同时,博览会期间还举办了近100场同期活动,吸引了超过10万名专业观众到场参观,500多万观众网上观展,共有500多家媒体参与了宣传报道㊂本次展会的重点包括:5G+各种应用(物联网㊁智慧生活㊁车联网㊁工业互联网),信息技术创新应用,超高清显示技术以及大数据存储等㊂在为期3天的博览会期间,还特别举办了 1+5+N 系列重要活动,涵盖5G+产业㊁信息技术创新应用㊁显示技术㊁基础电子和I C 技术㊁大数据技术五大分论坛及其他行业活动,包含中国电子信息博览会开幕论坛㊁2021中国(深圳)5G 峰会㊁中国工业互联网产业发展论坛㊁2021中国车联网大会㊁第三届中国智慧家庭高峰论坛㊁首届信息技术创新应用产业大会㊁2021中国国际显示产业大会㊁2021深圳国际大数据与存储峰会㊁首届中国基础电子元器件产业峰会等在内的近百场论坛活动㊂论坛邀请了中国工程院院士沈昌祥㊁中国科学院院士尹浩㊁美国医学与生物工程学院院士潘毅㊁国际欧亚科学院院士赵生捷㊁瑞典皇家学院院士L a r s S a m u e l s o n㊁京东方科技集团股份有限公司副总裁齐铮等专家学者㊁企业代表,聚焦电子信息技术发展㊁人工智能㊁可信计算㊁智能终端㊁新型显示材料等电子信息产业热点话题各抒己见,共同探讨电子信息产业未来㊂2021年是我国十四五规划开局之年,以科技创新推动产业升级,推动经济持续高质量发展,已成为这个时代的大趋势㊂于2013年创办的中国电子信息博览会,至今已走过9年的发展历程㊂自创办以来,每年都会展现信息技术的最新成果,从底层新兴技术推动产业变革,赋能实体经济,推动社会转型升级㊂目前,中国电子信息博览会已成为在国际上具有高度影响力的信息科技高端交流平台,不仅为电子产业的快速发展做出了积极㊁巨大的贡献,更是成为了引领产业未来发展的一大 风向标㊂。
