1引言
　　綜合航空電子亦稱航空電子，其英文“Avionics”是由“Aviation(航空)”和“Electronic s(電子學(xué))”結(jié)合派生出來的。自二次世界大戰(zhàn)后的幾十年來，美國、德國、法國、英國、前蘇聯(lián)先后開展航空電子系統(tǒng)技術(shù)的研究，航空電子已經(jīng)成為一門獨(dú)立的學(xué)科。
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　　計(jì)算機(jī)在綜合航空電子系統(tǒng)中處于一個(gè)核心的地位，這些計(jì)算機(jī)屬于嵌入式系統(tǒng)。當(dāng)嵌入式系統(tǒng)比較復(fù)雜而采用32 b CPU時(shí)，他處理的資源量非常大，尋址可以達(dá)到4 GB空間，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)并發(fā)處理，選用合適的操作系統(tǒng)是進(jìn)行航空電子技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵。

　　VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），他以高性能的內(nèi)核、高度裁剪性以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

2VxWorks體系結(jié)構(gòu)
　　VxWorks 操作系統(tǒng)包括了板級支持包BSP(Board Support Package)、進(jìn)程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等幾個(gè)部分。VxWorks只占用了很小的存儲空間，并可高度裁剪，保證了系統(tǒng)能以較高的效率運(yùn)行。

2.1板級支持包BSP
　　板級支持包對各種板子的硬件功能提供了統(tǒng)一的軟件接口，他包括硬件初始化、中斷的產(chǎn)生和處理、硬件時(shí)鐘和計(jì)時(shí)器管理、局域和總線內(nèi)存地址映射、內(nèi)存分配等。每個(gè)板級支持包括一個(gè) ROM 啟動（Boot ROM）或其他啟動機(jī)制。

2.2高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)核心
　　VxWorks 的核心wind，包括多任務(wù)調(diào)度（采用優(yōu)先級搶占方式）、任務(wù)間的同步和進(jìn)程間通 信機(jī)制以及中斷處理、看門狗和內(nèi)存管理機(jī)制。wind 核心提供信號量作為任務(wù)間同步和互 斥的機(jī)制。

2.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
　　VxWorks提供了對TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持，所有的 VxWorks 網(wǎng)絡(luò)機(jī)制都遵循標(biāo)準(zhǔn)的 Intern et 協(xié)議。

2.4文件系統(tǒng)和I/O系統(tǒng)
　　VxWorks支持4種文件系統(tǒng)：DosFs，rt11Fs，rawFs，tapeFs。普通數(shù)據(jù)文件，外部設(shè)備都統(tǒng) 一作為文件處理，這類似于Unix。VxWorks 提供了一個(gè)快速靈活的與ANSI C兼容的I/O系統(tǒng) ，包括Unix標(biāo)準(zhǔn)的緩沖I/O和POSIX標(biāo)準(zhǔn)的異步I/O。

3集成開發(fā)環(huán)境TornadoⅡ
　　TornadoⅡ是嵌入式實(shí)時(shí)領(lǐng)域基于VxWorks的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的完整的軟件開發(fā)平臺，是交叉開發(fā)環(huán)境運(yùn)行在主機(jī)上的部分。TornadoⅡ包含3個(gè)部分：

　　(1)運(yùn)行在主機(jī)和目標(biāo)機(jī)上的強(qiáng)有力的交叉開發(fā)工具和實(shí)用程序。
　　(2)運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的高性能、可裁剪的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks。
　　(3)連接宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的通訊協(xié)議。

3.1TornadoⅡ的特點(diǎn)
　　TornadoⅡ允許開發(fā)者增量地將目標(biāo)模塊加載到目標(biāo)系統(tǒng)上去，這種動態(tài)的鏈接和加載功能是TornadoⅡ系統(tǒng)的核心功能。集成仿真器可以迅速開始開發(fā)工作，并能進(jìn)行自動的操作系統(tǒng)依賴性分析和代碼容量計(jì)算，TornadoⅡ調(diào)試環(huán)境提供局部變量窗口，能進(jìn)行GUI數(shù)據(jù)顯示和修改，并能進(jìn)行任務(wù)級和系統(tǒng)級調(diào)試和中心斷點(diǎn)控制。

3.2TornadoⅡ軟件工具包
　　TornadoⅡ軟件工具包包括以下幾種：圖形化的交叉調(diào)試器、工程配置工具、集成仿真器、 診斷分析工具、C/C++編譯器、軟件邏輯分析儀和其他一些管理工具。

4VxWorks在綜合航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用
4.1綜合航空電子系統(tǒng)的特點(diǎn)
　　航空電子系統(tǒng)經(jīng)歷了分立式、混合式、聯(lián)合式向綜合化、高度綜合化方向發(fā)展。綜合化的航空電子系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了機(jī)上的信息綜合，而且能夠有效地綜合C3I和預(yù)警機(jī)發(fā)送的信息，由此可以滿足現(xiàn)代和未來戰(zhàn)爭的需求。新一代航空電子系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

　　(1)系統(tǒng)功能從縱向劃分過渡到橫向劃分，提出了功能分區(qū)的概念。
　　(2)綜合化進(jìn)一步向深、廣方向發(fā)展。
　　(3)以外場可更換模塊(LRM)代替了外場可更換單元(LRU)為基礎(chǔ)。
　　(4)在LRM一級上實(shí)現(xiàn)硬件資源共享和硬件余度。
　　(5)向智能化發(fā)展。

4.2新一代航空電子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
　　新一代航空電子系統(tǒng)不僅引進(jìn)了新的思想、新的概念；而且要有新器件、新技術(shù)、新開發(fā)的工具來支持。新一代航空電子系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)及其作用如下：

　　(1)通用模塊技術(shù)是系統(tǒng)綜合及更高程度綜合的基礎(chǔ)，整個(gè)航空電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊化的結(jié)構(gòu)，不僅能適應(yīng)航空電子系統(tǒng)的各種應(yīng)用，而且系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)便于檢測和重構(gòu)。

　　(2)高速多路傳輸總線技術(shù)是新一代航空電子系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。航空電子綜合系統(tǒng)的實(shí) 現(xiàn)主要取決于更通用的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，并要求數(shù)據(jù)總線具有高度的分布式處理能力和高吞吐率。軟件技術(shù)是航空電子綜合系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，現(xiàn)代航空電子系統(tǒng)已從電子機(jī)械密集型向軟件密集型過渡。因此，在TornadoⅡ和VxWorks環(huán)境下利用現(xiàn)代軟件工程方法開發(fā)可重用的通用軟件將有助于提高軟件生產(chǎn)效率。

　　(3)數(shù)據(jù)融合技術(shù)是當(dāng)今傳感器數(shù)據(jù)處理的發(fā)展方向，所謂數(shù)據(jù)融合就是根據(jù)多種信息資源 進(jìn)行檢測、互連、相關(guān)、估計(jì)、信息與數(shù)據(jù)聯(lián)系的多層次、多界面的信息處理，從而獲取精確的有關(guān)狀態(tài)和屬性的估計(jì)，獲取完整的實(shí)時(shí)態(tài)勢及威脅程度評估的方法和手段。

　　(4)仿真技術(shù)是航空電子綜合系統(tǒng)的一項(xiàng)重要試驗(yàn)技術(shù)，他是以計(jì)算機(jī)硬件及相應(yīng)的軟件為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代控制論與相似原理為方法，借助系統(tǒng)模型對設(shè)想的和真實(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行解析或半實(shí)物混合仿真試驗(yàn)研究的一門綜合性新興技術(shù)。

4.3VxWorks在綜合航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用
　　由于VxWorks的高可靠性、實(shí)時(shí)性、廣泛的適應(yīng)性及靈活性，使其非常適合于開發(fā)新一代航 空電子系統(tǒng)。在通用機(jī)及其操作系統(tǒng)如Windows，Unix和Linux上，三維圖形技術(shù)、多媒體技 術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能專家系統(tǒng)技術(shù)和分布式交互仿真技術(shù)都有很大的發(fā)展。VxWorks對 C++和TCP/IP的支持，使得其較容易將上述技術(shù)移植到航空電子系統(tǒng)中，這可以分3步進(jìn)行：

　　(1)在通用機(jī)上設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)處理和控制模塊。

　　(2)在TornadoⅡ下通過WTX(Wind River Tool eXchange)和WDB(Wind DeBug)協(xié)議將這些模塊 下載到目標(biāo)機(jī)中；前者用于通用機(jī)內(nèi)部Tornado工具與Target Server之間通信，后者用于主 機(jī)Target Server與目標(biāo)機(jī)之間的通信。

　　(3)利用TornadoⅡ下的軟件工具對目標(biāo)機(jī)進(jìn)行調(diào)試。

　　下面以專家系統(tǒng)技術(shù)的移植為例，說明VxWorks在綜合航空電子系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　駕駛員助手系統(tǒng)屬于一種專家系統(tǒng)，他可以完成收集數(shù)據(jù)、推理和判斷并作出決斷，可以直接給出控制指令，也可以向駕駛員提出處理建議，由駕駛員決斷及實(shí)施控制。這樣，駕駛員可從過量的任務(wù)負(fù)擔(dān)中解脫出來，集中精力于高層次的判斷，并可避免人腦在某些方面的能力不足。目前較流行的專家系統(tǒng)開發(fā)工具有CLIPS，CLIPS是由美國航空航天局和約翰遜太空中心用C語言實(shí)現(xiàn)的，其含義是“C語言集成產(chǎn)生式系統(tǒng)”。他支持3種編程模式：基于規(guī)則的、面向?qū)ο蟮摹⒚嫦蜻^程的。其語法和LISP語言類似，提供了產(chǎn)生式、謂詞、框架和面向?qū)ο蟮闹R表示法。CLIPS除了具有普通產(chǎn)生式系統(tǒng)的組成和功能外，還可以給規(guī)則賦予一定的優(yōu)先級，采用Rete模式匹配算法，大大地提高了推理效率，使得該系統(tǒng)實(shí)用化。在其規(guī)則和事實(shí)中可以設(shè)置某些參數(shù)，使其具有不精確推理的能力。他還可將知識庫和事實(shí)分成許多模塊，因此易于設(shè)計(jì)較大的系統(tǒng)和具有較強(qiáng)的擴(kuò)充能力。

　　標(biāo)準(zhǔn)CLIPS是基于解釋執(zhí)行的，除了能調(diào)用系統(tǒng)定義的函數(shù)之外，還能調(diào)用用戶自定義的函 數(shù)。但用解釋型的CLIPS開發(fā)駕駛員助手系統(tǒng)是不合適的，需要對他進(jìn)行裁剪并編譯成獨(dú)立運(yùn)行代碼。CLIPS大約有60個(gè)模塊，包括內(nèi)存管理、符號管理、事實(shí)管理、規(guī)則和議程的管理、模板和通用函數(shù)、類和消息的管理等，源代碼包括約160個(gè)頭文件和C文件。通過對CL IPS源代碼中的編譯標(biāo)志進(jìn)行修改，可對 CLIPS進(jìn)行裁剪并形成獨(dú)立運(yùn)行代碼。由于CLIPS和 VxWorks對ANSI C的兼容，可以將編譯型的CLIPS代碼放在VxWork下運(yùn)行。因此可按如下步驟進(jìn)行駕駛員助手系統(tǒng)的開發(fā)：

　　(1)描述駕駛員的判斷、操作規(guī)則，用適當(dāng)?shù)闹R表示技術(shù)如產(chǎn)生式、框架等表示出來。
　　(2)將上述知識輸入到解釋型CLIPS中，并調(diào)試通過。
　　(3)將上述調(diào)通的知識融入到編譯型CLIPS中，形成駕駛員助手專家系統(tǒng)。
　　(4)將駕駛員助手專家系統(tǒng)通過TornadoⅡ裝入到VxWorks中。
　　上面只是簡單地說明了駕駛員助手系統(tǒng)開發(fā)的一般過程，實(shí)際系統(tǒng)的開發(fā)由于要考慮航空電 子系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性，因而要復(fù)雜得多。

5結(jié)語
　　在航空電子領(lǐng)域，我國和先進(jìn)國家還有差距。美國的F16，F(xiàn)A18戰(zhàn)斗機(jī)、B 2隱形轟炸機(jī)和愛國者導(dǎo)彈上，使用了VxWorks。為了趕超國際先進(jìn)水平，從軟件方 面來說，研究和開發(fā)基于VxWorks的應(yīng)用系統(tǒng)具有非常重要的意義。