Операционные системы реального времени в военной

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-