IMA类型模块的增量配置的方法和装置

摘要

本发明尤其旨在IMA类型的模块的增量配置，模块包括时间和硬件资源以及操作系统，操作系统允许借助于至少一部分资源对至少两个应用程序的分离执行。在获取(305)至少一部分资源的至少一个第一配置参数后，所述参数针对操作系统所特有的资源或操作系统和应用程序的至少一个或应用程序的公共资源，根据该参数配置(310)模块。然后获取(320)至少一部分资源的第二配置参数，所述第二参数针对应用程序之一所特有的资源。继而根据所述至少一个第二参数配置(330)模块。所述至少一个第一和至少一个第二参数在不同的配置文件中被定义。

说明书

技术领域

本发明涉及在结构如航空器中的信息系统的配置，并且更为特别地涉 及构成集成模块化航电系统(IMA)平台的计算模块和输入/输出模块的增 量配置的方法和装置，其保持所使用的应用程序、尤其实时应用程序的个 体性能的分离。该方法和装置特别地对于每个加载的应用程序允许模块的 增量配置。模块这里包括分区操作系统。输入/输出驱动程序(英文术语 driver)优选具有基于ARINC 653标准的编程接口。

背景技术

现代航空器包括越来越多的电子和信息系统，以改进其性能和在其执 行任务时辅助驾驶员以及机组成员。因此，例如，电动飞行控制允许降低 控制命令传输给致动器的机械复杂性，因而减小与这些控制相关的质量。 同样，恰当的信息显示允许驾驶员优化飞行轨迹和快速响应检测到的各种 事件。这类信息尤其是速度、位置、航向、气象数据和航行数据。所有这 些电子和信息系统通常被称为航空电子设备。

出于可靠性的原因，航空电子设备经常通过特定模块以功能方式分布， 也被称为LRU(英文术语“Line Replaceable Unit(线可更换件)”首字 母缩合词)。根据这一结构，在每个模块之间采用点对点传输模式。因此， 例如，飞行控制在一特定装置中进行管理，而供电在另一特定装置中进行 管理。因此一特定功能关联于每个模块。

此外，支持一项关键功能的每个模块优选地是冗余的，以使得一个模 块的故障不会引起相关联功能的丧失。在主模块发生故障时使用冗余模块 的航空器的运行会需要维护操作。

为改进航空器的功能性、借助更大程度的集成来降低电子设备的重量、 借助使用通用模块来降低成本、和方便维护作业，现今航空电子设备越来 越多地根据称为IMA(英文术语“Integrated Modular Avionics(集成模 块化航电系统)”的首字母缩合词)的结构进行集成。根据这一结构，航 空电子系统的功能尽可能地使用这些功能在其中被执行的通用的计算和输 入/输出资源。不过，分离或分区系统允许隔离每个所述功能，以便一项功 能的故障不会对另一功能产生影响。

图1a示意性地示出IMA结构的一例子。电气箱100，也被称为电气 柜或英文术语cabinet，这里包括机箱105-1到105-n，它们适于接纳电路 板，例如PCB(英文术语“Printed Circuit Board(印刷电路板)”的首 字母缩合词)类型的电路板。电气箱100在其后部分中包括连接器，用于 使安插在机箱105-1到105-n中的电路板相互连接和用于使这些电路板与 航空器组成件相连接。作为说明，电气箱100这里包括两个通用计算电路 板，也被称为计算机，其适于运行逻辑应用程序以执行航空电子设备的功 能。

每个计算机这里包括对其来说必需的、尤其与供电和通信功能相关联 的资源。作为说明，专利申请FR 2903511描述过这类结构。

图1b示出与在图1a上示出的IMA结构相关联的逻辑结构。计算机 这里可通过通信网络115接收和/或传输数据。每个计算单元110-i包括允 许执行一个或多个应用程序125-i的一个操作系统120-i。

因此，IMA结构提供网络层、由所有计算单元形成的硬件层、低级软 件层和提供航空电子功能的应用软件层。

集成模块化航电系统因而给需要稳定的、有保证的和可复制的性能的 航电应用程序提供计算和通信能力，同时保证对错误的限制和因而保证一 应用程序的性能对另一应用程序的非干扰性。这些能力在提供共享或公共 的计算和通信资源的模块内提供。

ARINC标准653确定用于允许访问所用操作系统的服务的航电应用 程序用的编程接口。这一操作系统允许分时地，通过时间资源的分离式分 配，尤其对访问中央处理器、和硬件的分离式分配，特别是对访问存储器 和输入/输出外围设备例如AFDX(英文术语“航空电子全双工(Avionics  Full DupleX)”的首字母缩合词)类型的外部设备，ARINC 429，CAN (英文术语“Controller Area Network(控制器局域网)”的首字母缩合 词)、分立线路和模拟线路的分离式分配来执行应用程序。

模块的配置典型地基于单一二进制文件实施，该二进制文件通过在模 块中使用的每个应用程序所固有的配置数据的编译来获得。这种编译因而 需要被实施用于应用程序的每次演变，应用程序的每次演变引起其编程接 口的配置的改变，以便允许模块的相应配置。因而需要具有大量的模块配 置文件，以消除为其集成的每个应用程序固有演变的组合性。生成覆盖该 组合性的配置文件的必要性限制了应用程序的竞争性开发的反应性并且需 要进行大量的工作。

发明内容

本发明允许解决前文所陈述的问题中的至少一个。

因而本发明旨在模块式信息系统中的模块的配置方法，所述模块包括 时间和硬件资源、以及操作系统，操作系统允许借助于所述资源的至少一 部分对至少两个应用程序的分离执行，该方法包括以下步骤，

-获取所述模块的所述资源的至少一部分的至少一个第一配置参数， 所述至少一个第一配置参数针对所述操作系统特有的资源或者所述操作系 统和所述至少两个应用程序中的至少一个或所述至少两个应用程序的公共 资源；

-根据所述至少一个第一配置参数配置所述模块；

-获取所述模块的所述资源的至少一部分的至少一个第二配置参数， 所述至少一个第二配置参数针对所述至少两个应用程序中的所述一个所特 有的资源；和，

-根据所述至少一个第二配置参数配置所述模块；

所述至少一个第一和至少一个第二参数在不同的配置文件中被定义。

根据本发明的模块的增量配置因而允许在信息模块中安装应用程序， 而不需要预先确定相应配置。

考虑到所述至少一个第一和至少一个第二参数在不同的配置文件中被 定义，因而可容易地独立准备它们。

有利地，所述方法此外包括所述至少两个应用程序中的所述一个的加 载和执行步骤。

所述方法允许彼此独立地安装一些应用程序。

根据一特别实施方式，所述方法此外包括所述至少一个第二参数的校 验步骤，所述校验步骤包括所述至少一个第二参数与至少一个模块资源配 置数据的比较步骤，定义所述模块所有资源的所述至少一个配置数据可被 所述至少两个应用程序中的所述一个使用。

根据本发明的方法因而允许模块资源的共享，从而预防在应用程序集 成时发生的各种干涉或模块超容量的问题。本方法还允许：对于仅对模块 开发的每个应用程序，在所述应用程序与其它应用程序相集成时保证所展 示的时间性能，并保证应用程序相互之间的个体性能的非干涉性。

依旧根据一特别实施方式，所述方法此外包括以下步骤：

-获取所述模块的所述资源的至少一部分的至少一个第三配置参数， 所述至少一个第三配置参数针对在所述至少两个应用程序中的所述一个和 所述操作系统或所述至少两个应用程序中的另一个之间的共享资源；和，

-根据所述至少一个第三配置参数配置所述模块。

这种模块增量配置允许通过使用模块的共享资源独立地开发每个应用 程序，而不需要预先确定对应配置。

此外，所述方法优选包括根据所述至少一个第一配置参数校验所述至 少一个第三配置参数的符合度的校验步骤，所述至少一个第一配置参数针 对所述操作系统和所述至少两个应用程序中的所述一个的公共资源。模块 资源共享因而在应用程序集成时不会产生干涉或模块超容量的问题，同时 保证应用程序的时间性能和应用程序的相互间的个体性能的非干涉性。

依旧根据一特别实施方式，对于所述至少两个应用程序中的所述另一 个，重复至少一个第三配置参数的获取步骤和根据所述至少一个第三配置 参数配置所述模块的配置步骤，与所述至少两个应用程序中的所述一个相 关联的所述至少一个第三配置参数和与所述至少两个应用程序中的所述另 一个相关联的所述至少一个第三配置参数针对所述至少两个应用程序中的 所述一个和所述至少两个应用程序中的所述另一个之间的共享资源。

模块的这种增量配置允许具有不同的开发周期和使用共享资源的应用 程序的竞争性开发，而不需要预先定义对应的配置。

所述方法此外优选包括：根据与所述至少两个应用程序中的所述另一 个相关联的所述至少一个第三配置参数校验与所述至少两个应用程序中的 所述一个相关联的所述至少一个第三配置参数的符合度的校验步骤。模块 资源的共享因而在应用程序集成时不会产生干涉或模块超容量的问题，同 时保证应用程序的时间性能和应用程序相互间的个体性能的非干涉性。

根据一特别实施方式，所述方法此外包括预先的模块启动步骤，所述 启动步骤根据默认确定配置实施，所述默认确定配置允许所述参数的获取 和所述模块的配置。

本发明的对象也在于计算机程序，其包括适于当所述程序在计算机上 执行时实施前文所述方法的每个步骤的指令，本发明的对象也在于一种装 置，其包括适于实施前文所述方法的每个步骤的部件，本发明的对象还在 于一种航空器，其包括具有所述装置的模块。

所述计算机程序、装置和航空器所带来的优点与在前文中所述的优点 相似。

附图说明

本发明的其它优点、目的和特征将在接下来的参照附图以非限定性示 例方式进行的详细描述中得到体现，附图中：

-图1，其包括图1a和1b，示意性示出IMA结构的一例子；

-图2示出具有根据本发明的ARINC 653类型的操作系统的模块的 增量配置原理；

-图3示出可在图2上示出的模块中应用的算法例子；

-图4示出可使用于生成配置文件的某些进程和工具；和，

-图5示出适于实施本发明或本发明的一部分的硬件结构例子。

具体实施方式

一般性地，本发明针对一系统，该系统允许通过独立于所使用的应用 程序的生命周期的模块配置文件的安装和由所述模块使用的每个应用程序 的安装，来获取航电模块的配置，所述每个应用程序的安装包括与每个所 述应用程序相关联的一配置文件的安装。应用程序和对应的配置文件可应 要求根据需要进行安装。

模块配置这里基于三种类型的配置文件的使用：

-称为MCT的模块配置文件。其包括对于一特别应用程序不是特定 的操作系统配置参数。该文件在应用程序安装前作为固有安装；

-称为RCS的资源配置文件。其针对这样的操作系统配置参数：其允 许从所述模块到一给定应用程序进行时间资源(例如由循环调度程序确定 的时间阶段)的分配，和硬件资源(例如存储器范围和对输入/输出外围设 备(CAN总线、ARINC 429总线、分立线路、模拟线路等)访问)的分 配。该文件通过平台的资源管理软件定义用于一给定的应用程序。其被给 予能在模块中被实施的应用程序的程序员。换句话说，该文件对于一开发 周期定义一应用程序可使用的资源范围，即分配给该应用程序的资源预算； 和，

-称为ACT的应用程序的本地配置文件。其定义由应用程序通过硬件 资源驱动程序和操作系统的编程接口服务(API，英文术语“Application  Program Interface(应用程序编程接口)”的首字母缩合词)对模块资源 的实际使用。这些服务只允许访问在由资源配置文件和本地配置文件定义 的范围内的硬件资源。所述本地配置文件由应用程序的程序员根据相关联 的资源配置文件定义。

换句话说，应用程序的本地配置文件由与该应用程序相关联的资源配 置文件根据由应用程序实际使用的资源产生。因而这涉及相对应的资源配 置文件子集。

配置文件例如使用XML(英文术语“Extended Markup Language” (可扩展标记语言)的首字母缩合词)或UML(英文术语“Unified Modeling  Language”(统一建模语言)的首字母缩合词)句法。每个所述文件包括 对所针对的资源的引用(例如一存储区域)、以及相关联的参数(例如所 针对的存储区域的一存储范围)。这类配置文件的内容的一示例如下：

回顾一下，平台组成如下：目标对象，其包括硬件资源(尤其微计算 机、时钟、存储器和输入/输出设备)，典型地一模块；允许目标对象抽象 化(dématérialiser)的抽象层；服务、典型地ARINC 653标准的服务的 实施；平台配置接口和维护工具。

每个用程序这里包括一本地配置文件(ACT)和对应于应用程序本身 的一可执行类型的文件(EXE)。

操作系统禁止任何应用程序访问在与其相关联的资源配置文件(RCS) 中定义的另一应用程序的硬件或时间资源。应用程序因而不能再消耗被归 于与其相关联的资源配置文件中的资源。为此，关于对应资源配置文件的 本地配置文件的校验优选在应用程序安装之前进行。

为方便应用程序的开发和维护，资源管理软件向每个应用程序给予其 可自由使用的资源。

因此，作为说明，在平台的资源管理软件中安装的工具，通过给每个 应用程序给予分离的硬件和时间资源，允许开发模块配置文件和每个应用 程序所固有的资源配置文件。不过，某些资源在只读模式可被共享。资源 配置文件被使用于配置本地配置文件的生成工具。

同样地，在应用程序程序员处被安装和通过应用程序所固有的资源配 置文件配置的工具，允许开发本地配置文件，用以允许使用在对应资源配 置文件中被定义的资源包内的模块的各种硬件或时间资源，因而预防各种 集成问题。

模块的一软件元素允许在每个应用程序启动时，利用模块配置文件和 加载的应用程序的本地配置文件，以增量方式构建操作系统和硬件资源管 理驱动程序的完整配置。其检测多个应用程序公共的资源并且仅对这些公 共资源进行一次配置(应用程序的公共本地配置元素的合并)。

图2上表示的示意图说明根据本发明的具有ARINC 653类型的操作 系统的模块的增量配置原理。

所述模块在尤其允许模块加载的默认配置模式中被启动后，通过模块 配置文件(MCT)进行配置。默认配置优选是允许模块加载、即允许接收 数据和安装应用程序的最小配置。

如前文所指出的，每个应用程序特有的本地配置数据的合并的软件机 制在模块启动时被加载，以在加载应用程序时建立操作系统和驱动程序所 特有的配置。

然后，加载所请求的应用程序。模块因而基于应用程序的本地配置文 件(ACT)根据每个安装的应用程序进行配置。当这里在加载应用程序时 所实现的模块配置时，本地配置文件与模块配置的合并被实现成公共资源 仅进行一次配置。合并例如在于：确定是否正在加载的应用程序的本地配 置文件所针对的共享资源已根据该配置文件配置过。如果所述共享资源没 有进行过配置，就配置共享资源。如果在这些资源的配置和正在加载中的 应用程序的本地配置文件中所针对的配置之间存在不同，则放弃应用程序 的加载。继而标注一错误。

更为确切的说，环境200包括需要进行配置的模块205和存储部件 210，存储部件210尤其包括模块配置文件215和与能被加载在模块205 中的应用程序1到n相关联的本地配置文件220-1到220-n。存储部件210 还包括这些应用程序的标记为225-1到225-n的可执行代码。这里可以观 察到，存储部件210可属于模块205。还可注意到，应用程序的可执行代 码以及配置文件可从一远程系统接收。

模块205这里通过操作系统230进行利用，操作系统230使用标记为 235-1到235-p的驱动程序、以及API应用程序编程接口240。

在模块205的第一启动阶段中，默认配置文件(未显示)被使用于启 动操作系统和继而允许加载模块配置文件215和根据在该文件中定义的配 置参数对模块进行配置，尤其是对所使用的操作系统230和驱动程序235-1 到235-p进行配置。

本地配置文件220-1到220-n继而被使用于确定在加载每个应用程序 时模块的增量式配置。为此，正在加载中的应用程序的配置参数与模块的 配置参数、也就是与模块配置文件和之前加载的应用程序的本地配置文件 的合并，以避免公共资源的多重配置和校验配置与加载中的应用程序的本 地配置文件的符合度。

如所示出的，合并这里通过参数类型以分布的方式来实施。因此，例 如，在加载应用程序1到(n-1)后继而加载应用程序n时，模块配置文件 215的参数和本地配置文件220-1到220-n的参数的第一次合并在模块 240-0中实施，以获得配置245-0，配置245-0被使用于配置操作系统230。 如前文所指出的，这一合并允许校验由应用程序n所使用的公共资源的配 置的符合度和配置特定资源给每个应用程序。相似地，模块配置文件215 的参数和本地配置文件220-1到220-n的参数的其它合并在模块240-1到 240-p中实施，以获取配置245-1到245-p，配置245-1到245-p被使用于 配置所使用的驱动程序235-1到235-p。

当应用程序1到n在模块205中使用时，应用程序1到n可通过API 240与操作系统230进行交互。

图3示出可应用在图2所示的模块205中的算法例子。

在模块205启动后，第一步骤(步骤300)旨在操作系统的启动，操 作系统也称为OS(英文术语“Operating System”的首字母缩合词)。操 作系统这里使用允许以后加载配置文件和应用程序的默认配置。这一配置 尤其能以与操作系统文件一起存储的文件的形式存储例如在模块的非易失 性存储器中。

接下来的步骤旨在获取模块配置文件(步骤305)和模块的配置(步 骤310)。如前文所指出的，配置文件可从通用地标记为215的模块的一 存储器、外部存储部件或各种其它装置进行加载。

在这一步骤中，在模块存储器加载一软件元素，用以在每个应用程序 启动时，利用模块配置文件和被加载应用程序的本地配置文件，以增量方 式建立操作系统和硬件资源管理驱动程序的完整配置。这一软件元素尤其 负责实施下文中所述的步骤315到330。

在模块配置之后，执行测试，用以确定是否需要加载应用程序(步骤 315)。待加载的一个或多个应用程序的选择可由用户进行，可在模块可存 取的应用程序配置文件中确定或根据预定的逻辑规则自动地确定。如果没 有任何应用程序需要被加载，则算法终止。

相反地，如果至少一个应用程序需要被加载，则所述应用程序被识别 并且获取相应的本地配置文件(ACT_i)(步骤320)。下标i这里在每次 应用程序(成功)安装后增量。因而其表示已加载的或正在加载的应用程 序的数目。再一次，所述本地配置文件可从通用地标记为220的模块的一 存储器、外部存储部件或各种其它装置进行加载。

合并步骤(325)因而被实施，用以将正在加载的应用程序的配置参数 与模块的配置参数和前面已加载的应用程序的配置参数进行合并。

根据一特别实施方式，这一步骤的目的尤其在于：校验在正在加载的 应用程序的本地配置文件中定义的公共资源的配置是否符合对应的资源配 置文件。为此，将本地配置文件的参数与在对应的资源配置文件中定义的 参数进行比较。

如果与正在加载的应用程序相关的硬件或时间资源位于在对应的资源 配置文件中定义的资源包中，则执行另一项测试用以校验公共资源的配置 的符合度。在相反的情形中，则应用程序加载结束。

为校验公共资源的配置的符合度，将在正在加载的应用程序的本地配 置文件中所针对的、通常通过配型确定的公共资源的配置参数，与模块配 置(即例如与模块配置文件和前面已加载的应用程序的本地配置文件)进 行比较。如果在正在加载的应用程序的本地配置文件中所针对的公共资源 的配置参数与模块的配置不相符，则应用程序加载结束。

如果相反地，在正在加载的应用程序的本地配置文件中所针对的公共 资源的配置参数与模块配置相符，则模块配置根据正在加载的应用程序所 特有的本地配置参数进行更新和因此模块被配置(步骤330)。

应用程序因而被加载和执行(步骤335)。应用程序的可执行代码可 从通用地标记为225的模块一存储器、外部存储部件或各种其它装置进行 加载。作为选择，应用程序的可执行代码可与本地配置文件同时被加载(步 骤320)。

因此，当一新的应用程序或之前在模块上安装的一应用程序的新版本 在模块中被安装时，配置因而自动适应。

在图4上表示的示意图示出可被使用于生成如前文所述的配置文件的 某些进程和工具。

资源管理工具400这里允许将一模块的资源分配给一些应用程序，和 校验关于应用程序相互间的性能的非干涉性的展示所必需的分离的所述参 数的一致性。工具400例如是在PC(英文术语“Personal Computer(个 人电脑)”的首字母缩合词)类型的计算机或服务器上应用的软件环境， 其允许操作者确定或控制对每个应用程序的资源分配。工具400的目的尤 其在于：确定模块配置文件MCT，模块配置文件MCT包括：操作系统的 配置参数，这些操作系统的配置参数对于一特别应用程序不是特定的；以 及资源配置文件RCS₁到RCS_n，资源配置文件RCS₁到RCS_n指示分配给 可在模块中实现的每个应用程序1到n的模块的时间和硬件资源。

每个应用程序所特有的资源配置文件RCS₁到RCS_n被传输给每个所 述应用程序的程序员。程序员这里使用标号为405-1到405-n的工具，用 以开发这些应用程序的代码和产生对应的可执行代码，以及用以在对应的 资源配置文件中定义的资源范围内确定由这些应用程序确实使用的资源。 换句话说，资源配置文件被使用于对本地配置指定工具进行配置。这些工 具保证将本地配置限定在由模块资源管理软件定义的范围内，并且因此， 当这些应用程序一起分时地在模块上执行时，保证每个应用程序的资格级 别(crédit de qualification)(展示的性能)。

如所示的，模块配置文件(MCT)以及本地配置文件(ACT₁到ACT_n) 和与应用程序1到n相关联的可执行代码被传输给模块或相关联的存储部 件，以允许其实施。

图5示出硬件结构的例子，例如计算机、服务器或电脑，其适于实施 本发明，尤其是图3上示出的算法，还示出参照图5描述的资源管理工具 和开发工具。装置500这里包括通信总线505，以下装置与该通信总线相 连接：

-一个或多个中央处理器或微计算机510(CPU，英文术语“Central  Processing Unit”的首字母缩合词)；

-只读存储器515(ROM，英文术语“Read Only Memory”的首字母 缩合词)，其可包括实施本发明所需的程序(prog、prog1和prog2)；

-随机存取存储器或高速缓存520(RAM，英文术语“Random Access  Memory”的首字母缩合词)，其包括适于记录在前述程序运行过程中产 生和改变的变量和参数的寄存器；和

-通信接口550，其适于传输和接收数据。

作为选择，装置500还可具有以下元件：

-一个或多个显示装置525，其允许显示数据和可用作与用户的图形 界面，用户将会借助于键盘和鼠标530或其它点击装置如触摸屏或遥控器 与根据本发明的程序进行交互；

-硬盘535，其可具有前述程序、根据本发明待处理的信息、配置基 准、理论和/或实际配置报告和/或校验密钥的计算规则；和

-存储卡读取器540，其适于接纳存储卡545并且在存储卡上读取或 写入根据本发明已处理的或待处理的数据。

通信总线允许包含在装置500或与该装置相连接的不同元件之间的通 信和互用性。总线的表示不是限定性的，并且尤其是，中央处理器可将指 令直接地或通过装置500的另一元件传送给装置500的任何元件。

允许可编程装置实施根据本发明的进程的每个程序的可执行代码可被 存储例如在硬盘535中或只读存储器515上。

根据一变型，存储卡545可包括信息、尤其是根据本发明要进行处理 的信息，并可包括前述程序的可执行代码，该可执行代码一旦通过装置500 读取即被存储在硬盘535中。

根据另一变型，程序的可执行代码和根据本发明要进行处理的信息可 至少部分地通过接口550被接收，以与前述方式相同的方式进行存储。

更为一般性地，所述程序以及根据本发明要进行处理的信息，可在运 行前被加载在装置500的存储部件之一中。

中央处理器510将控制和管理根据本发明的所述程序的指令或部分软 件代码的执行，所述指令被存储在硬盘535中或只读存储器515中或前述 的其它存储元件中。在通电时，被存储在一非易失性存储器例如硬盘535 或只读存储器515中的所述程序，被传输到随机存取存储器520中，随机 存取存储器520因而包含根据本发明的所述程序的可执行代码、以及用于 存储实施本发明所需的变量和参数的寄存器。

当然，为满足一些特定需求，本发明领域中的技术人员可在前述的说 明中进行变化。