[发明专利]面向分布式IMA架构基于MILP的分区映射调度方法

说明书

本发明公开了一种面向分布式IMA架构基于MILP的分区映射调度方法，该方法包括：建立面向分布式IMA架构分区调度的系统模型，综合考虑分区硬实时约束条件、资源约束条件、分区映射约束条件、处理器激活条件、两分区同核约束条件、时间资源隔离约束条件、通信分区链最差端到端延迟约束条件、二元变量约束条件，以处理器使用数目最小化为目标函数，通过建立MILP模型解决分区在分布式异构多处理器上的映射调度问题，获得使用最少处理器的最优调度方案。因此，本发明能够有效地解决分布式IMA架构下具有时空资源隔离和最差端到端通信延迟要求的分区在异构多处理器上的映射调度问题。

技术领域

本发明涉及综合模块化航电系统技术领域，尤其涉及一种面向分布式IMA架构基于MILP的分区映射调度方法。

背景技术

随着飞机功能、设计需求的增多以及电子技术的进步，航电系统将集成和操纵众多传感器，执行器和控制器，这使得航空电子系统对于飞机的安全性和可靠性越来越重要，同时也对飞机的重量功耗和经济舒适性提出了更高的要求。综合模块化航电系统(Integrated Module Avionics，IMA)能够驻留种类繁多、不同功能、不同安全等级的应用，其将传统的单独的航空电子系统集中在一个通用的平台上，具有体积小重量轻、设备能源消耗低、灵活可扩展等优点，因而广泛应用于航空电子行业。

IMA架构支持在共享计算平台上独立开发各种实时航空电子应用，并使所有应用程序能够在空间和时间隔离的分区内执行。空间隔离意味着每个分区拥有独立的系统资源(如内存等)；时间隔离指每个分区使用预先分配的时间窗口来执行其中的任务。此种分区机制有效避免了各个不同安全等级应用之间的相互影响，从而有效提升了IMA系统的可靠性和安全性。另外，由于分区间内存隔离，故其只能通过通信的方式来传输数据，在机载系统中，通信分区链由一组存在数据传输的有序分区序列组成，数据通常源自传感器或用户输入，并且在由一个或多个分区处理之后，被发送到执行器或屏幕，此时，需要基于数据操作的关键性对分区链施加延迟约束，将端到端等待时间限制在预定义的范围内以获得满意稳定的系统性能。虽然IMA架构可以在航空电子系统的开发中实现有效的成本降低和可靠性增强，但是它带来了更加复杂的映射调度问题，不仅需要考虑具有严格周期要求的分区在同一处理器上的可调度性，还需进行端到端延迟分析。

目前针对IMA分区调度的研究大多只考虑了片面的约束且均局限在同构处理器的场景，但实际应用中，越来越多的嵌入式系统使用异构处理器来协同处理任务。

发明内容

本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种面向分布式IMA架构基于MILP的分区映射调度方法，以解决分布式IMA架构下具有时空资源隔离和最差端到端通信延迟要求的分区在异构多处理器上的映射调度问题，该方法能保证分区的硬实时要求且使用最少的处理器数目。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。

一种面向分布式IMA架构基于MILP的分区映射调度方法，所述包括：

步骤101，建立面向分布式IMA架构分区映射调度的系统模型，所述面向分布式IMA架构分区映射调度的系统模型包括处理模块子模型、分区任务子模型和通信分区链子模型；其中，所述处理模块子模型包括多个中央处理器，所述分区任务子模型由多个分区组成，所述通信分区链子模型包括多个通信分区链；

步骤102，基于中央处理器的性能、分区任务的硬实时要求及严格周期属性、所述多个分区间的时空资源隔离要求和最差情况下通信分区链的端到端通信延迟上限设置所述面向分布式IMA架构分区映射调度的约束条件；

步骤103，以中央处理器使用数目最小化为目标函数，以所述面向分布式IMA架构分区映射调度的约束条件为约束条件，建立所述面向分布式IMA架构分区映射调度的混合整数线性规划模型；

步骤104，求解所述混合整数线性规划模型，获得所述面向分布式IMA架构使用最少处理器的分区调度方案。