国产道操作系统应用研究

高 峰，黄 儒

（中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏 南京 210007）

国产道操作系统应用研究

高 峰，黄 儒

（中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏 南京 210007）

文章首先介绍了国产道操作系统，详述了线程间通信、中断处理等特点，比较了国产道与VxWorks操作系统的功能；然后分析了舰载指挥控制系统特点；最后研究了基于道操作系统的舰载指挥控制系统体系构建，实现了应用程序的快速移植和便捷开发。

道操作系统；舰载指挥控制系统；中断处理

1 道操作系统

操作系统是信息系统的核心，对信息系统的功能、性能和可靠性等关键内容具有重要影响。目前，麒麟、道和锐华等国产操作系统逐渐成为岸基、舰载、机载系统中的主流软件平台。舰载指挥控制系统以前主要使用VxWorks等非国产操作系统，具有可定制性差、支持硬件平台受限以及不安全可控等缺点。道操作系统凭借出色性能及与VxWorks的良好兼容性，逐渐替代了VxWorks操作系统。

道操作系统（DeltaOS）是中航工业集团旗下北京科银京成开发的嵌入式实时操作系统，2001年开始研制，目前已在舰载电子应用、飞行控制及航空发动机控制系统、兵器装备应用以及航空电子应用等领域广泛使用，成为供舰载指挥控制系统选择的国产操作系统之一。

2 道操作系统特点

道操作系统的核心是高可靠、高性能、抢占式及强实时的嵌入式实时内核。道操作系统支持对称多处理（SMP）方式、实时进程（RTP）以及高优先级进程抢占，遵循可移植操作系统接口（POSIX）规范；包含高效和稳定的TCP/IP协议栈，全特性支持IPv4/IPv6；包含高可靠文件系统（HRFS），支持兼容文件系统dosFS；支持稳定和高性能的USB 2.0协议栈。道操作系统包括VxWorks兼容层、文件系统、网络协议栈、USB2.0协议栈、设备驱动和板级支持包等基本组件。

2.1 线程间通信

道操作系统中，线程间通信分为两种情况：一是同一进程中的多个线程间的通信，二是不同进程中的线程之间的通信。线程间通信机制主要有：共享内存、消息队列和管道等。道操作系统支持多线程运行状态下基于优先级的线程抢占，支持线程管理、线程私有数据、线程条件变量和线程互斥锁等。道操作系统管理的同一进程中的多个线程运行在相同的地址空间，线程切换时间、线程间通信和同步速度更快。当同属于一个进程中的多个线程中的主线程终止时，所有线程都会终止[1]。

道操作系统进程调度管理的多个进程各自运行在独立的内存地址空间。不同进程的线程之间通信时通过各自的主线程进行通信，因为同一进程内的线程共享所有的全局数据，所以当线程使用共享数据的时候，需要进行线程间的同步。道操作系统线程间共享数据同步的机制主要有：锁、互斥、信号量等。

2.2 中断处理

道操作系统一般在设备驱动中使用中断处理，中断处理线程属于内核线程，由硬件输入输出信号触发，不能由应用程序创建。在一般的标准操作系统中，例如Linux操作系统中，输入输出中断处理工作是由中断服务程序来完成的；在道操作系统中，使用内核线程来处理输入输出中断的大部分工作。

标准操作系统的中断处理是通过中断服务子程序完成的，而在道操作系统中，由内核线程执行大部分工作。内核线程完成中断处理后，通过信号量通知主线程，道操作系统通过信号量的同步机制完成中断处理。道操作系统这种特殊的处理机制主要是考虑增强系统的实时处理能力，用于处理系统硬件中断的内核线程也可以被拥有更高优先级的其他线程抢占，而在标准的操作系统如Linux系统中，如果系统正在执行中断处理，是不会被其他进程或线程抢占的，只有在中断处理完成后，系统才能重新进行任务调度。

3 道与VxWorks操作系统比较

道操作系统具备微秒级的响应时间，提供基于优先级抢占的实时任务调度策略，提供动态加载功能，在功能、性能上可以替代VxWorks操作系统。道操作系统提供VxWorks接口兼容层，兼容舰载指挥控制系统多功能标准显控台使用的全部VxWorks操作系统接口，支持VxWorks目标代码的加载、运行，保障原有程序代码的无缝迁移，缩短应用软件开发和迁移时间[2]。

在功能方面，道操作系统的消息队列、线程管理、线程私有数据、线程条件变量、线程互斥锁、调度管理、信号量管理、异步信号、时钟和定时模块等功能模块，都具有和VxWorks相同的功能[3]。

在接口方面，道操作系统支持POSIX接口。如消息队列、线程管理、线程私有数据、线程条件变量、线程互斥锁、调度管理、信号量管理、异步信号、时钟和定时模块等。支持VxWorks操作系统接口，如任务管理、任务变量、任务扩展、信号量、管道、周期任务、消息、中断、事件、Log信息、错误码、看门狗定时器、内存管理等方面的系统接口。

4 舰载指挥控制系统应用

4.1 系统架构

基于道操作系统搭建的舰载指挥控制系统架构共有5层，从底层到上层分别为硬件层、核心层、系统层、服务层、应用层。硬件层包括以CPU为核心的计算机硬件、存储设备、交换机、路由器、通信设备等；核心层和系统层共同构成道操作系统，核心层主要包括操作系统内核、设备驱动、板级支持包等，系统层主要包括系统调用接口、协议栈、VxWorks系统调用兼容层；服务层主要包括计算、存储、系统等服务器端核心服务；应用层是舰载指控系统具体的情报、指挥、筹划、保障等作战应用软件。

4.2 系统组成

信息化海战场环境下，水面舰艇作战不仅需要了解并掌握包括高空、中空、低空、海面、水下、岸陆以及电子、海洋和气息各种领域的实时信息和情报，而且需要具备有效防御包括导弹、鱼雷、电子等来自多领域、多种攻击方式的全维防护能力，同时还要具有对多种超视距作战目标实施有效打击的远程攻击能力。这种全新的战场环境和作战样式已经全然超出以往人工应对和反应能力的极限，因而现代水面舰艇作战系统的高度自动化和对各种战场情况的快速反应能力极为重要。

舰载指控系统在岸基情报中心及预警探测平台支撑下，对上接受上级指挥所或舰艇编队指挥舰的指挥控制，对下以指令的形式控制本舰的武控、火控系统。岸基情报中心及相关保障系统，为舰载指控系统提供基本敌情、打击目标、战场地理环境、气象水文环境等情报支撑。

新型舰载指控系统能把本舰的传感器、武器系统有效地网络化集成，同时与整个编队的攻击、防御能力有机地结合起来，使整个编队构成一个分布式的传感器及武器结构，实现编队协同作战能力。舰载指控系统要能够高速处理来自包括各舰、直升机等各种传感器通过数据链传来的空、海及水下各种目标信息，迅速加以甄别判断，实时生成战术态势图，以供指挥员掌握态势。舰载指控系统同时能够自动分配传感器任务，跟踪数量巨大的可疑目标，协调海、空、反潜（含舰载直升机）、电子战等子系统处于最佳战斗状态，必要时可超越子系统控制，直接调动各种武器开火或启动电子战系统实施有源和无源干扰。舰载指控系统通过数据链、卫星和其他一些通信方式，可将作战指令分发给每个作战节点；通过调用不同的作战节点对目标进行集中式或分散式打击，使得战场的透明度更高，远距打击能力更强，兵力和火力的使用更为合理。

道操作系统对多线程及线程间通信的良好支持，使舰载指控系统在进行实时信息处理时，可以通过创建多个线程同时对不同类型的信息进行并行处理，提高了系统的处理速度和整体性能；道操作系统的中断处理机制和对中断的实时响应能力，保证了舰载指控系统能百分之百地满足系统对传感器、火控等设备的处理时限要求，更快地对外部目标做出反应，提高了系统的敏感性。

5 结语

基于国产道操作系统构建的舰载指挥控制系统，凭借开放的体系架构，实现了应用程序的快速移植和便捷开发。通过道操作系统高性能、抢占式和强实时的操作系统内核，实现了高优先级线程抢占能力和强实时任务切换能力，满足了舰载指挥控制系统情报信息搜集的实时处理，同时，指挥控制、武器控制和火力控制一体化信息流的高效传输，为舰载指挥控制系统提供了稳定和可靠的系统软件平台。

1]高峰，王自强.硬实时操作系统：LynxOS[J].计算机应用与软件，2005（3）：63-64.

[2]张扬，于银涛.VxWorks内核、设备驱动与BSP开发详解[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[3]塔嫩鲍姆.操作系统：设计与实现[M].2版.王鹏，尤晋元，朱鹏，等，译.北京：电子工业出版社，1998.

Research on the application of domestic delta operating system

Gao Feng, Huang Ru

（Twenty-eighth Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation, Nanjing 210007, China）

This paper first introduces the domestic delta operating system, describes the inter thread communication, interrupt handling and other characteristics, and compares the functions between domestic channel and the VxWorks operating system; then, it analyzes the characteristics of command and control system; finally, based on the architectures construction of shipborne command and control system based on channel operation system, it realizes fast transplantation and convenient development of the application.

channel operating system; shipborne command and control system; interrupt handling

高峰（1978— ），男，河南驻马店，工程师；研究方向：嵌入式系统，国产软硬件平台。