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面向安全关键领域的分时分区操作系统

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2021-08-18
2021-08-18 返回

Matrix653 分时分区操作系统

Matrix653 简介

 

Matrix653 是一个符合 ARINC 653 规范的商用分时分区操作系统，其内核由翼辉信息于 2016 年启动开发，2018 年首次发布，目前最新版本为 2.4.7。它是一个基于 APEX 接口的支持多分区、多进程、多核的操作系统。它同时支持 32 位和 64 位 CPU。Matrix653 继承了 SylixOS 的分层模块化设计思想，是一个易移植、可裁剪、高兼容、性能稳定的分时分区操作系统。

 

Matrix653 是翼辉信息独立设计和开发的面向航空航天等安全关键（Safety-Critical）领域的专用操作系统，遵循最新 ARINC 653 P1-5，P2-4 规范，并通过 ARINC 653 P3A、P3B 规范符合性测试。Matrix653 符合 ARINC 653 多核调度规范，不仅满足系统确定性需求，还最大限度的提供多核配置的灵活性。得益于精心设计的分区调度算法，充分利用硬件加速能力，Matrix653 分区切换最大耗时不超过 5µs。

 

与此同时，翼辉信息设计了一套功能强大的集成开发环境（IDE），提供图形化系统集成、多分区调试、分区调度时间窗口编排、分区控制台等特色功能。使用 Matrix653 操作系统可以快速搭建出符合航电系统 SWaP（Size Weight and Power）设计约束，适于行业标准的稳定、高效、可移植的软件系统。

 

Matrix653 架构图

 

Matrix653 分时分区操作系统插图

 

Matrix653 特点

 

ARINC 653 规范支持

 

  • ARINC 653 P1-5 全符合
  • ARINC 653 P2-4 多调度计划，内存块，文件系统，中断服务，队列端口链表，采样端口扩展等
  • ARINC 653 P3A 规范符合性测试
  • ARINC 653 P3B 规范符合性测试
 Matrix653 分时分区操作系统插图1

 

分时分区

 

  • 分区内核资源配额
  • 严格按照配置时间窗进行分区调度
  • 分区应用代码运行在 CPU 用户态，通过系统调用（syscall）访问内核资源
  • 利用 MMU 实现分区地址空间相互隔离
 Matrix653 分时分区操作系统插图2

 

Safety-Critical

  • 充分利用 CPU 不同的特权态, 保护内核不被应用破坏
  • 利用 MMU 实现分区地址空间相互隔离, 分区影响范围最小化
  • 全面接管 CPU 异常，支持自定义异常处理策略
 Matrix653 分时分区操作系统插图3

 

分离开发

 

  • 平台提供商、系统集成商、应用提供商分离开发
  • 操作系统与配置、分区应用独立升级
  • 配置数据和分区镜像可独立烧写
  • 分区应用使用相同虚拟地址空间，一次编译，多处运行
  • 分区独立升级替换，不影响其它分区
 Matrix653 分时分区操作系统插图4

 

可调度性分析

 

  • 编译阶段检查分区的可调度性
  • 确定状态输入导致确定结果
  • 分区运行模式，进程状态和标准保持完全一致
 Matrix653 分时分区操作系统插图5

 

调度确定性

 

  • µs 级中断响应延迟，支持中断嵌套
  • 基于优先级抢占式调度，调度时间确定
  • 支持同优先级进程先来先服务 FIFO 调度
  • 互斥量优先级天花板，防止优先级翻转
  • 分区切换零损耗
  • 采用 VCPU，提高分区切换时间确定性
 Matrix653 分时分区操作系统插图6

 

极致的分区切换性能

 

Matrix653 操作系统在 LS1046 (AARCH64)

平台的实测数据小于 5µs。

 

Matrix653 分时分区操作系统插图7

 Matrix653 分时分区操作系统插图8

 

多核支持

 

  • 支持 ARINC 653 P1-5 多核调度
  • 每个核有独立调度计划表，更灵活
  • 分区空闲时 CPU 运行系统分区进程
  • 支持 BMP，CACHE 一致性
 Matrix653 分时分区操作系统插图9

 

丰富的集成开发环境

 

  • 图形化工程管理
  • 高效的源代码编辑器
  • 多种工程模板
  • 代码静态检查
  • XML 配置编辑工具
  • 串口多分区复用
  • 多分区调试
  • RealEvo-Compiler 编译器
  • RealEvo-Simulator 仿真器
 Matrix653 分时分区操作系统插图10

 

高效丰富的功能

 

  • 内核实现高效简洁
  • 完备的进程间通信机制：信号量、互斥量 、事件、黑板、缓冲器等
  • 完备的分区间通信机制：采样端口、队列端口、服务接入点
  • 支持动态装载，支持多分区
  • 内存块管理、中断服务、多模块调度计划表、健康监控
  • IO 系统、文件系统
  • 最新标准支持 ARINC 653 P1-5、P2-4
 Matrix653 分时分区操作系统插图11

 

高质量

 

 

  • 分层模块化设计，逻辑清晰
  • 符合 MISRA C 2012 编程规范
  • 通过 ARINC 653 P3A，P3B 测试
  • 可通过 DO-178C 认证

 

Matrix653 分时分区操作系统插图12

  

 

Matrix653 分时分区操作系统插图13

 

Matrix653 应用领域

Matrix653 分时分区操作系统插图14

 

Matrix653 服务

技术保障团队

  • 由长期从事 Matrix653 研发和应用工作，具备丰富经验的专家团队组成

技术培训

  • 定期举办集中式培训
  • 内容包括操作系统、开发环境、驱动开发、BSP 开发、应用开发等
  • 可根据用户需求，提供现场技术培训

售后保障

  • 现场解答、热线服务、在线答疑等多种方式
  • 24 小时快速响应
  • 专人现场技术服务和指导
  • 在系统开发阶段，现场全程配合