● 摘要
按照我国载人航天“三步走”发展战略的部署，计划于2020年左右建成我国首个具有较大规模的、长期在轨飞行的空间站。为了实现航天员长期在轨驻留，确保航天员安全、健康、高效工作，必须建立满足长期飞行要求的空间站环境控制与生命保障系统，这是建成空间站的核心技术之一，体现了空间站先进性和创新性。信息软件作为环控生保重要组成部分，其可靠运行是空间站环控任务成功的必要条件。本文以空间站软件模块化、通用化和在轨可维护的发展要求对环控生保信息软件进行了设计与实现。
首先，对信息软件进行了分层设计，完成了各层功能分解，制定了层间接口协议，该结构层次之间界面清楚，确保了各层的任务相对独立。
然后，设计并实现了由操作系统和设备驱动组成的信息底层软件：1）进行了基于BM3803 CPU的嵌入式实时操作系统SZOS移植，利用操作系统的任务管理、同步通信、资源管理等功能为信息软件提供应用支撑2）开发了包括采集设备、控制设备、网络设备和存储设备在内的信息系统设备驱动，为应用层软件提供了面向硬件的操作。
针对应用层软件设计，本文提出了一种基于在轨智能重构的信息软件设计方法，1）在应用内核驱动层设计了环控策略库，提出了策略库解析和队列调度算法，形成了软件数字框架模型，该模型经过一次性设计，多现场可复用，实现了软件开发可重构，并极大的缩短了代码行数，减少了测试模块数量。2）通过对信息系统结构进行拓扑优化，结合底层内核驱动设计，实现了传感器网络重构，该设计可以规避单点故障，使系统具备健康自愈能力，提高系统的健壮性。3）设计了负载均衡重构算法，通过对软件业务进行迁移调度均衡控制器负载，实现了控制器间互为备份，压缩了备件的数量，降低了信息系统的空间站载荷。
由于空间站采用“边建设、边应用”的实施策略，不断增加轨道组装和进行在轨更换，本论文针对空间站的在轨可维修需求设计了信息软件的在轨维护体系结构。1）为解决升级导致的软件可用性丧失问题，本论文提出了一种动态在轨维护方法，利用操作系统的任务调度功能为升级设置过程安全态，将升级影响控制在相关任务内部；利用智能重构的软件维护优势，在参数级实现软件逻辑修正，缩小了相关任务范围，该方法实现了变量和函数的动态装载与修改，提高了在轨维护时软件的可用性。2）针对在轨维护的完好性需求，在软件升级方式上采用定点编译提高维护可靠性，采用符号表重定位方式扩展在轨维护范围，采用Eprom引导升级方式增强在轨维护的完整性。
最后，通过与电解制氧分项进行系统联试，验证了信息软件与的环控功能子系统的匹配性。按照我国载人航天“三步走”发展战略的部署，计划于2020年左右建成我国首个具有较大规模的、长期在轨飞行的空间站。为了实现航天员长期在轨驻留，确保航天员安全、健康、高效工作，必须建立满足长期飞行要求的空间站环境控制与生命保障系统，这是建成空间站的核心技术之一，体现了空间站先进性和创新性。信息软件作为环控生保重要组成部分，其可靠运行是空间站环控任务成功的必要条件。本文以空间站软件模块化、通用化和在轨可维护的发展要求对环控生保信息软件进行了设计与实现。
首先，对信息软件进行了分层设计，完成了各层功能分解，制定了层间接口协议，该结构层次之间界面清楚，确保了各层的任务相对独立。
然后，设计并实现了由操作系统和设备驱动组成的信息底层软件：1）进行了基于BM3803 CPU的嵌入式实时操作系统SZOS移植，利用操作系统的任务管理、同步通信、资源管理等功能为信息软件提供应用支撑2）开发了包括采集设备、控制设备、网络设备和存储设备在内的信息系统设备驱动，为应用层软件提供了面向硬件的操作。
针对应用层软件设计，本文提出了一种基于在轨智能重构的信息软件设计方法，1）在应用内核驱动层设计了环控策略库，提出了策略库解析和队列调度算法，形成了软件数字框架模型，该模型经过一次性设计，多现场可复用，实现了软件开发可重构，并极大的缩短了代码行数，减少了测试模块数量。2）通过对信息系统结构进行拓扑优化，结合底层内核驱动设计，实现了传感器网络重构，该设计可以规避单点故障，使系统具备健康自愈能力，提高系统的健壮性。3）设计了负载均衡重构算法，通过对软件业务进行迁移调度均衡控制器负载，实现了控制器间互为备份，压缩了备件的数量，降低了信息系统的空间站载荷。
由于空间站采用“边建设、边应用”的实施策略，不断增加轨道组装和进行在轨更换，本论文针对空间站的在轨可维修需求设计了信息软件的在轨维护体系结构。1）为解决升级导致的软件可用性丧失问题，本论文提出了一种动态在轨维护方法，利用操作系统的任务调度功能为升级设置过程安全态，将升级影响控制在相关任务内部；利用智能重构的软件维护优势，在参数级实现软件逻辑修正，缩小了相关任务范围，该方法实现了变量和函数的动态装载与修改，提高了在轨维护时软件的可用性。2）针对在轨维护的完好性需求，在软件升级方式上采用定点编译提高维护可靠性，采用符号表重定位方式扩展在轨维护范围，采用Eprom引导升级方式增强在轨维护的完整性。
最后，通过与电解制氧分项进行系统联试，验证了信息软件与的环控功能子系统的匹配性。