嵌入式系統在航空系統中的應用

摘要：隨著航空技術的不斷發展，各個系統不斷向智能化、數字化、綜合化發展，促使了嵌入式計算機在航空技術中得到廣泛的應用，形成了一套完整的航空電子綜合控制系統。本文針對嵌入式計算機系統在航空系統中的應用進行研究，力圖為航空系統建設系統提供建議。

關鍵詞：嵌入式系統；航空系統

中圖分類號：TN919 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2014）09-0127-01

嵌入式系統是最早得到應用的是在上個世紀八十年代的工業控制領域，是一種具有特定功能的專業計算機。在航空系統中，隨著飛機的研制進程，大量的嵌入式計算機被應用在了飛機的機載電子系統和地面檢測系統，幾乎所有的機載系統都是有嵌入式計算機構成。這些計算機通過命令發送、數據傳遞、結果甄別、信息共享，形成了地空一體化的航空電子綜合控制系統。

一、嵌入式的定義

嵌入式就是以應用為核心，以計算機技術為依托，軟件和硬件可刪減，適用于系統對功能、成本、功耗、體積等方面要求非常嚴格的專業計算機系統。嵌入式系統一般應用在特定的方向，在硬件上使用專業的嵌入式CPU。其特點是體積小、成本低、質量輕、可靠性強；在軟件中，嵌入式系統需要一個支持實時多任務的嵌入式操作系統內核來支持其運行。并且要求嵌入式計算機必須具有體積小、效率高、反應速度快、能夠快速處理異步并發時間以及實時處理事件的能力。

二、嵌入式系統體系結構

通常情況下，嵌入式系統的體系結構有四個部分組成：嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統和嵌入式應用軟件。

1.嵌入式處理器。

在實際應用中，嵌入式處理器有四種，分別是：嵌入式微處理器、嵌入式微控處理器MCU、嵌入式DSP處理器和嵌入式片上系統。計算機中的CPU就是嵌入式微處理器的核心，為了最大限度的減小系統的體系和功耗，通常情況下，嵌入式微處理器被裝備在相應的電路板上，僅保留引用功能；嵌入式微控處理器， 也就是單片機，將整個計算機系統集中在一塊芯片上，集成了所有必要功能和外設。為了適應各種機型的配置，單片機有許多衍生產品，最大限度的與應用需求相匹配；嵌入式DSP處理器可以對系統結構以及指令進行特殊設計，使其能夠執行DSP指令和提高編碼效率等；嵌入式片上系統就是在一個硅片上實現一個更加復雜系統。嵌入式片上系統是基于半導體工藝的快速發展的產物。

2.嵌入式外圍設備。

在嵌入式系統中，除了中心控制部件之外，其余的都可以叫做嵌入式外圍設備。嵌入式外圍設備的主要功能有儲存、通信和顯示三種，因此，主要的組成部分也有三個：儲存設備、通信設備和顯示設備。

3.嵌入式操作系統。

嵌入式操作系統就是負責管理儲存器的軟件模塊，專門負責分配、中斷以及任務調度等各種指令。嵌入式操作系統是專門用來支持嵌入式應用的系統軟件，是嵌入式系統中重要的組成部分。

4.嵌入式應用軟件。

嵌入式應用軟件是以某一硬件平臺為依托，針對某個特定領域，實現用戶預期目標的計算機軟件。當用戶對時間和精確度上有較高要求時，嵌入式應用軟件就需要嵌入式操作系統支持，才能滿足用戶的需求。

三、嵌入式系統在航空系統中的應用

嵌入式系統在航空系統的應用非常廣泛，本文主要研究了VxWorks操作系統和無線接收機系統兩種應用系統。

1.VX Works操作系統。

VX Works操作系統是1983年，美國的Windriver公司設計開發的一種嵌入式實時操作系統。VX Works操作系統具有高性能、可裁減的特點，一直被應用在目標機中實現實時操作，而且VX Works操作系統具有高性能的內核和友好的用戶開發環境，所以，VX Works操作系統符合了現代工業和軍用的使用標準。

VX Works的特點有以下幾點：首先，可裁剪性：VX Works擁有高度可剪裁性的微內核結構，其主要特點有高效、靈活的通信，以及高度的共享；其次，多任務環境：VX Works為系統提供一個讓很多任務并行運行實現的并發處理實現機制；再次，高度的實時性：CPU調度方式以優先級為基礎的搶占方式，同一優先級所接受的任務可以按照時間片輪詢方式進行調度；再次，穩定性好、可靠性強：這一點讓VX Works在航空、軍事等領域得到了廣泛的應用；再次，網絡功能強大：為其他網絡系統提供了透明訪問功能，無論使用任何網絡聯系，所以VX Works網絡機制都遵守Internet的要求和規范。再次，有靈活的I/O系統：為航空系統提供了靈活方便的I/O系統；最后，程序代碼移植性比較方便，適用于多種處理器上的開發應用程序。

2.無線接收機系統。

無線接收機是基于VX Works操作系統中實時操作下的復雜的嵌入式應用系統。開發無線接收機系統的主要目標是為了讓操作員能夠通過操作無線接收機面板上的鍵盤來實現對接收器的控制，并實時顯示接收機的各種工作參數，同時，可以通過約定的遙控指令以及遙控裝置使接收器被外界控制。另外，通過USB接口，可以支持常用的USB口、U盤、打印機等，完成儲存語言數據、加載接收器功能模塊、打印以及軟件升級等功能。

無線接收機是建立在VX Works系統下的非常復雜的一個嵌入式應用系統，主要組成模塊有嵌入式計算機模塊、人機交互控制面板、數據儲存模塊、串口遠程控制模塊、以太網遠程控制模塊、光纖環網遠程控制模塊等。該無線接收機具有非常高的穩定性可可靠性，適用于軍用航空系統。

總結

總之，隨著計算機技術的不斷發展，嵌入式系統在航空系統中的作用越來越重要，應用越來越廣泛，在日益先進的航空事業中起到了重要的作用。VX Works是一種高效率的實時多任務嵌入式操作系統，在航空中得到了廣泛的應用，為我國航空事業的發展做出了巨大貢獻。

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作者簡介：

章軍（1978-06），男。民族：漢。籍貫：浙江省衢州市。職稱：工程師。研究方向：航空工程維護。