凌久嵌入式实时操作系统V5.0.3

一、案例简介

       边卫雷达系统能够高效、最大范围地发现和跟踪各类动目标，可用于重点区域警戒、港口管理和机动搜索等任务。该系统搭载了凌久嵌入式实时操作系统，大幅提升了系统的开发效率、可靠性与稳定性。

二、案例背景

       随着军用武器装备、高端工业控制、轨道交通、航空航天等领域对实时性、稳定行、可靠性、安全性等指标要求越来越高，需要使用主频更高、核数更多、资源更丰富的处理器来满足应用需求，通过使用嵌入式操作系统的资源管理以及多任务并发等特性，能降低对处理器相关特性的研发投入，并且能够大大提升应用的性能。然而对于这些领域中的中小企业来说，使用嵌入式实时操作系统存在着价格昂贵、售后服务差、实时性不够以及功能单一等问题，此外，使用国外的操作系统还存在被禁运的风险。

       对于边卫雷达系统，为了提升其探测精度、扫描范围、抗干扰能力等指标，需要使用多个多核处理器，在不使用嵌入式操作系统的情况下，很难在短期内完成雷达应用的开发。

       凌久嵌入式实时操作系统凭借自主可控、强实时性、功能完备、价格实惠、售后完善等特性，致力于为武器装备、高端工业、轨道交通等信号处理应用领域的中小企业降低研发成本、缩短研发周期、提升产品性能、打破国外封锁。

三、案例介绍

（一）企业简介

       中船重工（武汉）凌久电子有限责任公司，是中国船舶重工集团公司第七〇九研究所控股的高新技术企业，公司位于武汉，是以嵌入式实时信号处理产品、嵌入式计算产品、自主可控的嵌入式实时操作系统、智能终端产品、军事仿真产品为主营业务的高新技术企业，产品应用领域涉及船舶、航空、航天、兵器等国防电子领域及轨道交通、能源、电力、半导体制造等民用高科技行业。

（二）产品介绍

       针对强实时、高可靠、高密度并行计算等应用需求，我司研制了具有自主知识产权的国产强实时操作系统产品——凌久嵌入式实时操作系统，已广泛应用于数字信号处理、实时数据处理、实时控制、图形图像处理、数据融合等多个领域。

凌久嵌入式实时操作系统产品架构

       凌久嵌入式实时操作系统产品架构如图1所示，最底层为硬件支撑层，主要包括各种硬件板卡的BSP、驱动以及引导固件；在硬件支撑层之上为内核层，实现操作系统的基本功能，主要包括时钟管理、同步与通信管理、设备管理、任务与调度管理、存储管理和中断管理等功能；在内核层之上是系统服务层，为用户提供了丰富多样的系统服务，主要包括POSIX接口、网络协议栈、文件系统、日志系统、shell等服务；在系统服务层之上是中间件层，主要包括消息中间件和计算中间件；在中间件层之上是开发环境层，为用户提供了集编辑、编译、调试、加载、烧录、系统分析等功能为一体的开发调试集成环境。

       凌久嵌入式实时操作系统产品是一款强实时操作系统，其任务切换时间不超过30μs，中断响应时间不超过30μs，能满足高性能并行处理设备对系统软件的应用需求。

（三）典型案例

       凌久嵌入式实时操作系统产品适用于雷达、声呐、电子对抗、情报综合、通信等高实时、高可靠、高数据流量、高运算量的信号处理和数据处理应用场景，可广泛应用于数字信号处理、实时数据处理、实时控制、图形图像处理、数据融合等多个领域。

       凌久嵌入式实时操作系统产品已成功应用于边卫雷达系统，如图2所示。该系统由多部雷达、数据处理中心、综合显控终端等设备组成。在单部雷达的工作过程中，首先将雷达前端设备采集到的雷达信号进行处理，完成单部雷达的工作流程，然后将处理后的点航迹信息输送到数据处理中心进行数据处理。数据处理中心将多部雷达数据处理后的数据进行融合，然后，综合雷达获得的融合数据，分析系统所处的外部环境，并将分析结果以合理的方式在显控终端进行显示，给出辅助决策的建议，实现雷达系统的控制。雷达系统由于其特殊的应用领域和自身的工作原理，对于信号处理、数据处理的实时性有着很高的要求，为此引入了实时操作系统。

边卫雷达系统结构图

       在边卫雷达信号处理系统中，由凌久嵌入式实时操作系统负责任务的调度，对系统资源进行管理，为整个系统的功能、性能和可靠性提供核心支持，嵌入式操作系统内核虽然消耗一定的CPU资源和存储器资源，但大大降低系统应用软件开发的难度，使得系统的实时性得到保证；计算中间件针对雷达信号处理系统实时性、运算精度需求，提供了处理能力强、速度快、实时性好、执行效率高的算法组件；同时，配套支持交叉编译和调试的集成开发环境，为边卫雷达应用的开发与调试，提供便捷的软件工具，极大地方便应用开发人员的开发与调试，提高开发效率、缩短开发周期。

四、典型经验提炼

（一）具体措施和成效

       凌久嵌入式实时操作系统对边卫雷达系统的软硬件资源进行合理配置和管理，控制应用程序的运行，提供人机交互的接口，是系统工作的灵魂，决定着系统的性能和稳定性。

1、通信透明，实时高效

       边卫雷达系统的数字计算模型复杂、处理能力高度综合，而且系统中大量高速处理部件协同工作，传统的主循环和顺序调用的软件开发模式已难以满足实际需求。凌久嵌入式实时操作系统通信透明，具备高性能、强实时的操作系统内核，可在预期的时间内完成对外部事件的实时响应和资源分配处理，能同时充分发挥各个核、处理器的特性，简化软件开发过程，缩短软件开发周期。

2、配置灵活，编程方便

       边卫雷达系统的软件架构设计复杂，重复相同或类似代码编写工作繁复，由此导致软件的开发和代码的编写效率不高，而且软件的开发经常涉及多种组件和多种架构的处理器，针对不同的目标机环境，要做到全部适应，复杂性可想而知。凌久嵌入式实时操作系统提供组件化架构，组件可由用户按需灵活配置，可有效减少重复代码的开发工作，极大地方便了边卫雷达系统的软件编程开发，从而提升软件质量。

3、高拓展，可移植，易维护

       随着雷达系统需求日趋复杂，雷达信号处理软件更迭速度加快，带来软件产品前后一致性，可拓展性、可移植性和可维护性差等问题。凌久嵌入式实时操作系统提供了POSIX标准接口，基于POSIX标准接口设计的软件程序可以在不做修改或仅做极少量的修改就可以完成软件的平滑迭代，同时可支持POSIX标准接口的第三方软件。凌久嵌入式实时操作系统的高拓展、可移植、易维护的特点，可提高软件的更新迭代速率，有效提升软件生命力。

4、技术成熟，可靠稳定

       边卫雷达系统实现复杂、技术含量高，需要成熟稳定的基础平台提供支撑。凌久嵌入式实时操作系统产品基于分层结构实现开放性、软件接口标准化、符合主流技术趋势等原则进行设计，在保证技术成熟性的同时，在功能、性能等方面均可与国外操作系统匹敌，能无缝替代国外操作系统。同时凌久嵌入式实时操作系统产品各组件具备故障分析与恢复能力，可保证应用软件系统的安全性、可靠性和稳定性。

（二）借鉴意义

1、点面结合，重点突破，体系完善

       作为一类复杂的嵌入式系统软件，边卫雷达系统信号处理的系统开发不仅需要软硬件资源的相互配合，也需要配套开发环境的支持。通过突破基于优先级的可抢占式实时调度、多核/多处理器任务间的同步与消息通信、高性能信号处理算法设计、并行程序调试、系统性能分析等关键技术，凌久嵌入式实时操作系统产品形成了以硬件支撑、内核、系统服务、中间件、开发调试集成环境等组件相互配合和支撑的可持续发展的产品体系，可为边卫雷达系统软件的开发、调试、管理提供完整的平台支持。基于完善的产品体系，凌久嵌入式实时操作系统产品既可以整套集成使用，为用户提供完整的系统软件解决方案，也可以根据用户实际需求进行裁剪、定制，从而最大程度上满足用户需求。

2、应用牵引，创新驱动，自主可控

       随着各种国外设备软硬件可能被预置“后门”、国内多家高科技企业被制裁等事件的爆发，以边卫雷达系统为代表的嵌入式软硬件设备的国产化需求越来越紧迫，而在形式日益严峻的大背景下，对国产操作系统产品的定制化要求也越来越高。通过对凌久嵌入式实时操作系统产品投入持续的技术研发，以应用为牵引，面向特定应用提供简化型系统调用接口和友好易用的人机界面，由此推动技术创新与产品升级，保障产品完全自主可控，以此打破国外的禁运和技术封锁，保障嵌入式系统的可维护性和自主可控性，同时也可促进我国嵌入式软件相关技术的研究和发展，从而促进相关行业的发展和进步。