軍用嵌入式系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

2.2 網(wǎng)絡(luò)可靠性

隨著網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念的提出，武器裝備發(fā)展的中心將有所轉(zhuǎn)移，更加依賴戰(zhàn)場(chǎng)感知能力、指揮控制能力和多種武器平臺(tái)之間的互通能力。眼下新武器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)已很重視以衛(wèi)星、無(wú)線電臺(tái)、光纖等通信網(wǎng)絡(luò)為中心來(lái)規(guī)劃武器平臺(tái)的任務(wù)與作戰(zhàn)需求。而設(shè)計(jì)武器系統(tǒng)和平臺(tái)配置、制訂武器系統(tǒng)的戰(zhàn)技指標(biāo)、積極為傳統(tǒng)武器平臺(tái)裝備先進(jìn)的傳感器與通信設(shè)備并加以改造，這些都對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)化軍用嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與軟硬件平臺(tái)提出了較高的要求。

將嵌入式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備結(jié)合起來(lái)的一個(gè)主要技術(shù)障礙在于網(wǎng)絡(luò)上面的各種通信協(xié)議對(duì)于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器、運(yùn)算速度等的要求比較高，而目前軍用嵌入式系統(tǒng)中除部分32位處理器以外，大量的也就是8位和16位MCU，這些MCM支持TCP／IP等標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將占用大量的系統(tǒng)資源，由此將嚴(yán)重制約著指揮作戰(zhàn)效能和網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

其實(shí)影響網(wǎng)絡(luò)兼容性、實(shí)時(shí)性和可靠性的因素很多(如硬件資源的存儲(chǔ)和計(jì)算能力、RTOS的實(shí)時(shí)性、TCP／lP的運(yùn)行效率等)，故在構(gòu)建基于嵌入式系統(tǒng)的控制和通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)特別注意。

2.3 數(shù)據(jù)的可靠性

軍用嵌入式系統(tǒng)在復(fù)雜多變的環(huán)境中應(yīng)用時(shí)，這對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性有更高的要求。為此，除了加強(qiáng)電源穩(wěn)定性和提供掉電故障出現(xiàn)的軟件保護(hù)外，還應(yīng)引入文件系統(tǒng)來(lái)完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理功能，以進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。

傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求不高，因此，嵌入式操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)沒(méi)有得到充分的重視。但隨著嵌入式技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，對(duì)數(shù)據(jù)操作的靈活性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性都提出了越來(lái)越高的要求，需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的文件系統(tǒng)，并應(yīng)在文件格式、外存管理等方面做出相應(yīng)改進(jìn)以適應(yīng)硬件特點(diǎn)。

Flash存儲(chǔ)芯片，電子盤DOC (Disk On Chip)等存儲(chǔ)器件具有成本低廉、存儲(chǔ)容量大、體積小、功耗低等特性，在嵌入系統(tǒng)中與磁盤相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為使用最廣泛的嵌入式系統(tǒng)外部存儲(chǔ)器。然而，任何硬件都有壽命的限制，存儲(chǔ)器件也不例外。一般的NOR型Flash每個(gè)扇區(qū)的擦寫壽命在100 000～1 000 000萬(wàn)次之間，如果頻繁擦除某一個(gè)扇區(qū)就容易造成該扇區(qū)損壞，從而導(dǎo)致整個(gè)存儲(chǔ)芯片都不可用。眾所周知，文件系統(tǒng)使用了一段時(shí)間以后就會(huì)產(chǎn)生大量的“存儲(chǔ)碎片”，如果存儲(chǔ)算法不合理，就有可能使某些扇區(qū)被頻繁的擦除，從而使該扇區(qū)損壞。所以，文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)使Flash上各個(gè)扇區(qū)的擦除次數(shù)趨于平均，這對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性非常必要。

2.4 人員的可靠性

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)起源于微型機(jī)，但有過(guò)很長(zhǎng)一段單片機(jī)的獨(dú)立發(fā)展道路。國(guó)內(nèi)熟悉8位MCU開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)人員以電子工程和其他機(jī)電專業(yè)工程師為主體，這意味著精通嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人才在軍內(nèi)比較短缺，而且裝備研制單位和軍工行業(yè)更為突出。

過(guò)去設(shè)計(jì)人員往往以自己習(xí)慣性的電子技術(shù)應(yīng)用模式來(lái)從事單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。這種模式的重要特點(diǎn)是缺少計(jì)算機(jī)工程設(shè)計(jì)方法，具有軟、硬件的底層性和隨意性。隨著軟、硬件技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度和復(fù)雜程度大大增加，且開(kāi)發(fā)形式、開(kāi)發(fā)平臺(tái)與開(kāi)發(fā)語(yǔ)言也與以往有很大的不同，應(yīng)用模式也越來(lái)越多地帶有以計(jì)算機(jī)工程應(yīng)用為主，同時(shí)具有網(wǎng)絡(luò)、通信、自動(dòng)化等多學(xué)科多專業(yè)交叉的特點(diǎn)。因而人員因素對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的可靠性有著不可忽視的影響。

在嵌入式系統(tǒng)的工程應(yīng)用中，C／C++和匯編語(yǔ)言是不可缺少的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，而Java和Linux技術(shù)也越來(lái)越多地應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)。這就要求原有設(shè)計(jì)人員除了要具有基于嵌入式CPU、DSP等處理芯片的電路設(shè)計(jì)和調(diào)試技能外，還應(yīng)具備較好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計(jì)知識(shí)，方能勝任嵌入式系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

如今，新型武器裝備的研制以及現(xiàn)有武器的改造都會(huì)涉及到嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與升級(jí)，軍用嵌入式系統(tǒng)也正在向著更加智能化和網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)快速發(fā)展，由此，軍事科技專家預(yù)言： “嵌入式系統(tǒng)將會(huì)成為振興我國(guó)武器裝備的突破口”，而可靠性又是嵌入式系統(tǒng)的生命線，同時(shí)也是取得突破的重要保證。