下一代機(jī)載軟件環(huán)境架構(gòu)概述

引 言

FACE 軟件架構(gòu)是建立在操作系統(tǒng)上的一個(gè)三維架構(gòu)， 如圖 1 所示，該架構(gòu)由操作系統(tǒng)、I/O 服務(wù)、特定的平臺(tái)服務(wù)（PSS）、傳輸服務(wù)（TSS）、可移植組件五部分組成 [1]。該軟件架構(gòu)能夠更好的將關(guān)注點(diǎn)分離，軟件功能能夠重用，旨在實(shí)現(xiàn) FACE 的目標(biāo)——降低研發(fā)和集成的成本。

1 可移植性組件層

可移植性組件層主要有兩種比較常見(jiàn)的可移植性組件 ：FACE 應(yīng)用和公共服務(wù)。FACE 應(yīng)用主要包括一些能夠提供具體性能或功能的軟件組件，例如移動(dòng)地圖應(yīng)用程序，利用圖形表示具體的位置， 這個(gè)位置能夠通過(guò)公共服務(wù)提供給移動(dòng)地圖應(yīng)用。公共服務(wù)由能夠支持FACE 復(fù)雜應(yīng)用的功能性軟件組件組成。

可移植性組件層所有數(shù)據(jù)可通過(guò)傳輸服務(wù)層（TSS）進(jìn)行路由分發(fā)，將路由功能分為三部分傳輸： 數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（DDS）、公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)（CORBA）和Web服務(wù)。采用適配器設(shè)計(jì)模式為路由功能提供一致性的數(shù)據(jù)接口。

PSS層的大部分組件可模擬物理硬件設(shè)備，并對(duì)其接口控制文件（ICD）打包。圖中實(shí)例包括 GPS、嵌入式GPS/ 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（EGI）、雷達(dá)高度計(jì)以及通往未指定 OFP 設(shè)備的入口等[2]。除了這些特殊的組件外，也有一些公共的平臺(tái)設(shè)備服務(wù)，如狀況監(jiān)測(cè)/ 故障管理（HMFM）、配置服務(wù)。還提供了圖像服務(wù)，將圖像輸出到特定平臺(tái)的顯示設(shè)備上。

I/O 服務(wù)層將軟件組件與設(shè)備驅(qū)動(dòng)之間的輸入輸出提取出來(lái)，采用的也是適配器設(shè)計(jì)模式，不僅能夠縮減時(shí)間和成本， 而且供應(yīng)商在不增加其它FACE 接口的條件下能夠創(chuàng)建、修改和替換他們的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

2 FACE架構(gòu)的組成

2.1 操作系統(tǒng)層

操作系統(tǒng)支持并控制FACE計(jì)算機(jī)平臺(tái)的其他部分，提供執(zhí)行多功能的軟件應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境和一系列的軟件服務(wù)。操作系統(tǒng)的應(yīng)用（如適用性）、處理器控制機(jī)制（如存儲(chǔ)管理單元） 以及注冊(cè)限制著FACE對(duì)計(jì)算機(jī)平臺(tái)資源和操作能力的需求。

操作系統(tǒng)層也包括I/O API（如網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，文件系統(tǒng)），為了滿足平臺(tái)接口的需求，這些API 包括已發(fā)布的基于標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)接口、運(yùn)行時(shí)接口和框架接口。

2.2 I/O服務(wù)層

I/O 服務(wù)層是操作系統(tǒng)設(shè)備與特定平臺(tái)服務(wù)（PSS）之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄海?GPS 服務(wù)，通過(guò)I/O 接口（如MIL-STD-1553 總線）與操作系統(tǒng)設(shè)備連接[3]。I/O 服務(wù)層以及基于報(bào)文的I/O 服務(wù)API 提供了標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制，用于PSS 層與航電 I/O 硬件的連接。I/O 服務(wù)層具有三大功能：

(1) I/O管理 ：提供 I/O設(shè)備的初始化和配置功能，確保I/O 設(shè)備在配置之前已經(jīng)進(jìn)行了初始化設(shè)置，且配置完成之前禁止I/O報(bào)文的傳輸；

(2) 數(shù)據(jù)傳輸 ：使用定義的邏輯端口使得數(shù)據(jù)在 I/O設(shè)備和PSS層傳輸。使用全球唯一標(biāo)識(shí)符（GUID）確保密級(jí)數(shù)據(jù)的安全；

(3) 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備驅(qū)動(dòng)適配功能：提供適配器讀寫(xiě)非 FACE供應(yīng)商提供的I/O 設(shè)備及指定接口的數(shù)據(jù)。

2.3 特定平臺(tái)服務(wù)層

PSS 為飛機(jī)平臺(tái)創(chuàng)建特定的基礎(chǔ)設(shè)施，提供設(shè)備數(shù)據(jù)給移植性組件層的可移植性應(yīng)用程序。PSS 的組件具有可移植性和重用性，平臺(tái)之間可以共享相應(yīng)的平臺(tái)設(shè)備。PSS 層可以分成三個(gè)子層：

(1) 特定的平臺(tái)設(shè)備服務(wù) ；

(2) 特定的平臺(tái)公共服務(wù)；

(3) 特定的平臺(tái)圖形服務(wù)。

從移植性組件層分離出來(lái)的特殊平臺(tái)設(shè)備組成了特定的平臺(tái)設(shè)備服務(wù)。這些設(shè)備充當(dāng)平臺(tái)硬件設(shè)備的抽象化軟件角色， 控制并提供數(shù)據(jù)給可移植性組件。

特定的平臺(tái)公共服務(wù)定義了一系列的服務(wù)組件，包括配置服務(wù)、平臺(tái)日志、設(shè)備協(xié)議中介（DPM）服務(wù)、流媒體服務(wù)和系統(tǒng)健壯性監(jiān)控。

特定的平臺(tái)圖像服務(wù)為移植性組件段提供一系列的圖形服務(wù)。這些圖形服務(wù)隨著平臺(tái)要求的改變而變化。

2.4 傳輸服務(wù)層（TSS）

傳輸服務(wù)層的目的是為T(mén)SS 軟件庫(kù)提供標(biāo)準(zhǔn)化的、透明的接口，促進(jìn)移植性航電應(yīng)用程序與其他架構(gòu)及航電平臺(tái)的集成[4]。TSS 還為可移植組件層及PSS 層的應(yīng)用組件提供了標(biāo)準(zhǔn)化接口機(jī)制，處理航電應(yīng)用數(shù)據(jù)的分布、路由、優(yōu)先級(jí)、聯(lián)系、抽象和轉(zhuǎn)換等問(wèn)題。

2.5 可移植組件層

當(dāng)應(yīng)用程序能夠部署在不同的計(jì)算機(jī)硬件或FACE 軟件平臺(tái)，且應(yīng)用程序不需要重新編譯和連接時(shí)，這種應(yīng)用被稱(chēng)為可移植 [5]。圖 2 所示是可移植性組件圖例。

可移植組件層是用來(lái)描述一系列FACE 交付產(chǎn)品的架構(gòu)概念。

軟件組件成為可移植組件的一部分需要具有以下屬性：

(1) 該組件能夠提供任務(wù)層的功能或公共服務(wù) ；

(2) 該組件在不同的FACE計(jì)算機(jī)硬件裝備和軟件環(huán)境下能夠執(zhí)行不同的實(shí)例；

(3) 該組件的外部接口通過(guò)傳輸服務(wù)接口與 FACE其他組件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；

(4) 該組件不使用I/O接口；

(5) 組件直接使用圖形服務(wù)。

3 應(yīng) 用

FACE是開(kāi)放式、模塊化、獨(dú)立計(jì)算環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，具有通用的操作系統(tǒng)環(huán)境、快速部署軟件、易于升級(jí)維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。洛克希德·馬丁公司已經(jīng)開(kāi)始使用該開(kāi)放式航電標(biāo)準(zhǔn)，并且美國(guó)海軍在C-130T項(xiàng)目中采用基于FACE的軟件，貫穿整個(gè)生產(chǎn)線。羅克韋爾·柯斯林公司也將利用這個(gè)開(kāi)放架構(gòu)發(fā)展下一代項(xiàng)目，例如 UH-60L。美國(guó)陸軍在JMR（“聯(lián)合多用途旋翼機(jī)”）/FVL（“未來(lái)垂直起降飛機(jī)”）計(jì)劃中也提出未來(lái)航電系統(tǒng)驗(yàn)證子項(xiàng)目的目標(biāo)是構(gòu)筑強(qiáng)健、持久、靈活和公開(kāi)的系統(tǒng)架構(gòu)即聯(lián)合共同體結(jié)構(gòu)（JCA）[6]。JCA是基于下一代機(jī)載軟件環(huán)境（FACE）標(biāo)準(zhǔn)而制造的便攜式可重復(fù)使用軟件，并且兩家研發(fā)團(tuán)隊(duì)還需要建造與FACE兼容的聯(lián)合共同結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)， 其第三方軟件模塊能獨(dú)立運(yùn)行，以滿足未來(lái)垂直起降飛機(jī)項(xiàng)目的要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

FACE是一套開(kāi)放式、模塊化、獨(dú)立計(jì)算環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)， 具有通用的操作系統(tǒng)環(huán)境，可快速部署軟件、易于升級(jí)維護(hù)。其第三方軟件模塊能獨(dú)立運(yùn)行，可以滿足未來(lái)垂直起降飛機(jī)項(xiàng)目的要求。希望通過(guò)本文可以讓讀者對(duì)該架構(gòu)有更深刻的認(rèn)識(shí)，也希望該架構(gòu)能在未來(lái)被不斷完善，更多的應(yīng)用于飛機(jī)起降行業(yè)中。