ARINC653系统架构

1 概述
随着航空技术、计算机技术和微电子技术的迅猛发展，航空电子系统正向开放式、综合化、模块化的方向发展，已迈入综合模块化航电(Integrated Modular Avionics,IMA)系统的阶段”。ARINC653是美国航电委员会针对新一代飞机数据综合化提出的应用程序接口标准。本文在研究ARINC653分区调度(ARINC653 Partition Schedule,APS)算法的基础上，提出了一种能有效利用空闲时间的空闲时间共享分区调度(Spare Time Share Partition Schedule, STSPS)算法。

2 ARINC653系统架构

ARINC653系统架构如图1所示。

ARINC653标准提出了将应用程序分区的概念，以保证IMA系统中一个处理机模块上运行的多个应用程序执行时互不影响。分区是航空电子应用中的一种功能划分，是航空电子系统中的一组功能相关的应用软件，这些软件在配置和执行时被作为一个单一的软件对待。分区调度保证多个分区共享CPU且互不影响。分区调度直接服务于IMA，其可用性和可靠性将极大地影响IMA的性能。

3 分区概述

        分区是ARINC653规范中的一个核心概念，是航空电子应用中的一种功能划分,是程序调度和资源共享的单个软件。ARINC653中使用分区作为调度、资源分配及对应用进行隔离保护的单位。分区包括空间分区和时间分区。空间分区即每个分区都有独立的地址空间，利用存储管理器(MemoryManage Unit,MMU)为每个分区建立不同的虚拟地址到物理地址的映射，使每个分区都有自己独立的确定的物理存储空间，并且该物理空间仅为该分区所有，从而使分区在空间上相互独立并在空间上对分区进行保护。时间分区即各个分区都按照一个确定的周期被调度，各分区没有优先级高低之分，由操作系统维护一个固定时间长度的主时间框架，该主时间框架在系统的运行过程中周期重复，每个主时间框架可以划分为若干个时间窗口，每个分区在主时间框架内至少拥有三个分区。

时间属性包括分区的周期（TPk）、时间窗口长度（CPkj）和首次启动偏移量（OPk）。资源属性则包括内存分配、I/O设备访问权限等。在系统集成阶段，这些参数通过配置文件静态设定，形成主时间框架（Major Time Frame），通常为分区周期的整数倍。例如，某系统包含三个分区：P1（周期50ms）、P2（周期100ms）、P3（周期200ms），则主时间框架可设置为200ms，包含4个P1窗口、2个P2窗口和1个P3窗口。