Міжнародна конференція "Високопродуктивні обчислення" HPC-UA’2012 (Україна, Київ, 8-10 жовтня 2012 року) ________________________________________________________________________________________________________________________ Операционные системы реального времени в военной промышленности Волокита Артем1 , Переваров Иван 1 , Ширий Вячеслав 1 , Грушенко Татьяна1 1 Национальный технический университет Украины «Киевский Политехнический Институт», пр. Победы 36, Киев, Украина [email protected], [email protected], [email protected] Аннотация. В докладе выполнен сравнительный обзор операционных систем реального времени, используемых в иностранной военной промышленности. Приведены примеры практического применения данных систем и показаны возможные варианты будущих исследований. Ключевые слова Военная промышленность, операционные системы реального времени, обзор 1 Вступление Операционные системы реального времени (ОСРВ) используются в разных сферах промышленности: на заводах, станциях мониторинга, гидролокационных станциях, а также широко применяются в военных целях, например, в беспилотных летательных аппаратах (БЛА), радиолокационных станциях. В данном докладе сделан обзор современных операционных систем LynxOS, INTEGRITY и VxWorks и показаны варианты их практического применения. 2 Теоретическая часть Увеличение спроса на ОСРВ, которые могут выполнять приложения в заданных временных рамках с высоким уровнем надёжности и эффективно задействовать весь вычислительный потенциал, совпало с появлением сложных цифровых программных систем и микропроцессоров. Операционные системы общего назначения не могут использоваться для разработки приложений, ориентированных на военное применение, т.к. не могут предоставить высокий детерминизм и обеспечить поддержку огромного количества цифровых транзакций и передач сообщений между приёмником и передатчиком. Поэтому, применяются ОСРВ, которые могут удовлетворить приведенные выше требования, например, в программно-определяемой радиосистеме, которая является частью Объединённой Тактической Радиосистемы (Joint Tactical Radio System) американской армии, построенной на основе ОСРВ INTEGRITY [1]. Также ОСРВ широко применяются в военно-воздушных войсках, где играют важную роль в обеспечении безопасности процесса обработки данных, так как гарантируют временные рамки выполнения алгоритмов. От операционной системы также зависят и такие важные функции, как система предупреждения о столкновении с самолётом в воздухе или с поверхностью Земли. В США с 2012 по 2025 год принята программа NextGen (The Next Generation Air Transportation System), в которой заложены дополнительные требования к обеспечению безопасности новой Национальной Аэрокосмической Системы [2]. Другой пример ― английский Авиационный Комплекс Радиообнаружения и Наведения (United Kingdom’s Airborne Warning and Control System), являющийся средством раннего оповещения и предоставляющий важную информацию о перемещениях самолёта на дальних дистанциях, построен на основе ОСРВ LynxOS. Для разработки приложений под эту систему использована интегрированная среда разработки Luminosity Eclipse IDE. -139- Міжнародна конференція "Високопродуктивні обчислення" HPC-UA’2012 (Україна, Київ, 8-10 жовтня 2012 року) ________________________________________________________________________________________________________________________ Помимо пилотируемых летательных аппаратов, особый интерес представляют беспилотные летательные аппараты, используемые для сбора данных разведки и наблюдения, что делает их целью кибертеррористов и вражеских хакеров. Для проекта Демонстрации Беспилотной Боевой Воздушной Системы военно-морских сил США (U.S. Navy’s Unmanned Combat Air System Demonstration) используют ОСРВ VxWorks, с секционированием и дополнительным распределение памяти для защиты от хакерских атак. Кроме этого, на основе VxWorks разрабатываются приложения для БЛА X-47B. В сухопутных войсках, бронетранспортёр и боевая машина пехоты перевозят на себе больше электроники, чем обычные солдаты. Критическая важность данных, которые перевозятся в боевых машинах, заставляют использовать ОСРВ INTEGRITY и интегрированную систему разработки от компании Green Hills Software для Специализированной Машины Разведки Британской Армии (British Army’s Scout Specialist Vehicle) ― разведывательной версии бронированной боевой машины. Для командования и солдат важно использование мобильной и беспроводной связи в точках боевых действий. С применением безопасных ОСРВ это стало вполне реальным и открыло дорогу для таких технологий, как 3G, WCDMA/HSPA+ и LTE. Такая система требует полного контроля над аппаратной и программной составляющими и должна размещаться на маленькой, прочной платформе, что при этом не должно влиять на временные рамки выполнения приложений. Важным аспектом обеспечения нужного уровня безопасности и отказоустойчивости в ОСРВ является секционирование. Независимые приложения с разными уровнями приоритета работают на одном процессоре, однако каждый в своей секции, при этом если в одной из секций произойдёт сбой, то это никак не повлияет на другие вычислительные процессы. [3] В таблице 1 показаны основные поддерживаемые архитектуры рассмотренных операционные систем реального времени с указанием производителя, которые сейчас активно используются в иностранных войсках. Таблица 1. Сравнение ОСРВ Название ОСРВ (производ итель) LynxOS (LynuxWorks) INTEGRITY (Green Hills Software) VxWorks (Wind River Systems) Основные поддерживаемые архитектуры Motorola/IBM PowerPC, Freescale, PowerQUICC II and III, Intel® Architecture family, AMCC 4xx PowerPC family [4] AppliedMicro Power Architecture, Analog Devices Blackfin, ARM Ltd. ARM, Cavium Networks OCTEON, Freescale Power Architecture, Freescale ColdFire, IBM Power Architecture, Intel x86/IA/Atom, Marvell Xscale, MIPS Technologies MIPS, Texas Instruments DaVinci, Texas Instruments OMAP [5] 68K/CPU32, ARM, ColdFire, i960, MIPS, PowerPC, SH, SPARC, x86/Pentium/IA-32, Xscale [6] 3 Заключение В данной работе представлен краткий обзор существующих систем реального времени, используемых в военной промышленности, показаны основные поддерживаемые архитектуры рассмотренных ОСРВ. В будущем ОСРВ могут использовать адаптируемые безопасные платформы с высокой эффективностью, низкой задержкой, удобностью в обслуживании и использовании. Список литературы [1] Broad requirements help determine real-time operating system (RTOS) software for military communications. http://www.militaryaerospace.com/articles/2011/02/broad-requirements.html [2] Embedded real-time operating system software secures military mission-critical data from growing threats. http://www.militaryaerospace.com/articles/2012/03/embedded-real-time-operating-system-software-securesmilitary-mission-critical-data-fro m-gro wing-threats.html [3] Product Focus: Real-Time Operating Systems. http://www.aviationtoday.com/av/military/Real-Time-OperatingSystems_76361.html#.UGSdfopkzmE [4] LynxOS RTOS. http://www.lynuxworks.com/rtos/rtos.php [5] INTEGRITY Real-Time Operating System. http://www.ghs.com/products/rtos/integrity.html [6] Wind River VxWorks. http://www.windriver.com/products/vxworks/ -140-