● 摘要
随着微电子、数字技术、计算机技术的飞速发展，许多新的技术和概念引入到了航空电子系统领域。为了构建先进的航空电子系统，当前的系统更加强调开放式结构、商用货架技术（COTS）和统一网络（UAN）。由此，模块化综合航空电子系统（IMA）概念应运而生。在IMA概念下，分区管理作为实现安全关键航空电子系统的重要手段，大大加强了系统的容错能力。分区管理通过分区调度实现任务的“分时”和“分片”执行。分区调度策略是一种层次调度策略。位于实时操作系统中的上层调度器根据分区的属性，周期的激活每一个分区；在每一个分区中，周期任务、偶发任务和非周期任务在分区激活时间内，由下层调度器根据某种调度策略调度执行。由此带来两个问题：①对于给定分区参数，分区任务的可调度性分析问题；②对于给定分区任务，分区的设计问题。本文将针对这两个问题展开研究。为了使分区管理模型能接受更多的调度策略，本文拓展ARINC 653标准中给出的分区模型，一共提出了六种分区管理模型，除了轮转调度策略，上层调度器还可以采用基于优先级的调度策略，因此本文讨论的分区模型具有更广阔的适用性。总结起来，本文取得了如下研究成果：（1）针对本文提出来的六种分区管理模型，进行了系统的可调度性研究，分别提出了分区任务的最大响应时间的计算算法，与已有模型相比，计算结果更接近于真实值。针对下层调度器采用固定优先级调度策略的模型，利用任务调度关键时刻的概念，仔细考察了任务最大响应时间迭代计算过程，提出了一种更为精确的分区任务最大响应时间求解算法；针对下层调度器采用动态优先级调度策略的模型，利用分区任务忙周期的概念，仔细考察了任务实例每一次释放的调度情况，得到了更加精确的分区任务最大响应时间求解算法，同时结合任务时间需求函数，提出了适用性更广的分区任务可调度判定定理。（2）针对本文提出来的六种分区管理模型，进行了系统的分区参数设计研究，分别提出了分区可设计的判定定理，以及分区设计参数的解析模型，提高了分区参数设计的最优性。分区可设计判定定理为分区参数设计的可行性奠定了理论基础，同时分区可设计性判断公式可以作为任务分配的启发式函数，进行分区任务在处理模块上的分配工作。针对下层调度器采用固定优先级调度策略的模型，利用分区任务截止期限作为考察时刻点，计算分区任务空闲时间，从而提出了分区设计参数解析模型；针对下层调度器采用动态优先级调度策略的模型，利用任务时间需求函数，通过设置设计关键点，将时间段分成两部分进行处理，从而提出了分区设计参数解析模型。为了平衡不同分区参数的相对权重，本文引入了平衡函数来获取分区参数的最终解。（3）针对上层调度器采用动态优先级调度策略的模型，提出了请求时间长度最大抢占影响算法，该算法可以计算任意请求时间长度下，其他分区对讨论分区的最大抢占影响，扩展了M.Spuri算法的适用范围。（4）针对本文提出来的六种分区管理模型，给出了分区参数设计最优解的求解算法，并进行了系统的比较与评估。评估内容包括：分区可设计性和分区参数设计的最优性。在评估过程中，针对G. Lipari模型的局限，改进了G. Lipari算法，使其能够适应本文所提到的六种分区管理模型，同时针对本文提出的六种分区管理模型，以分区任务最大响应时间计算算法为基础，提出了每种模型下的分区参数设计最优解的求解算法。评估结果表明：本文提出的分区参数设计算法，平衡了计算工作量和设计最优性两者的关系，有效地解决了航空电子分区设计的问题。本文的结论将有助于航空电子分区管理，为全面实施分区策略提供理论依据和实施关键参数，为综合化航空电子系统的软件集成奠定了基础。