基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统，包含运行在BSP上的中断监控模块，中断监控模块在程序进入处理器中断总入口函数后进入中断向量号指向的中断服务程序之前，识别本次中断向量号，对该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位置位；当中断服务程序退出时，对该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位清位；通过读取非遗失存储区域是否有未清位的标志位，来识别哪个中断向量号发生过中断服务程序“死循环”或“长时间阻塞”故障。本发明专利技术实现了机载航电设备中常见软件故障的监控。

【技术实现步骤摘要】
基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统
本专利技术涉及嵌入式系统，尤其涉及嵌入式操作系统环境下的机载航电设备软件故障监控系统。
技术介绍
随着机载航电设备的功能、性能要求的不断提高，其软、硬件设计复杂度在日益提升。从现状来看，软件的规范化、流程化管理，可以在很大程度上减少软件类问题的产生，但是并不能杜绝。机载航电类软件问题所引起的故障，可能会导致飞机某些重要功能失效，并且由于机上环境与地面模拟环境存在不同，导致部分故障只在机上偶发，给故障排查带来了很大不便，给设备继续使用带来了隐患，严重的可能会影响飞机任务的执行。在这种情况下，对软件故障的监控能力就显得尤为重要，可以为故障快速定位提供重要依据，提升产品软件层面的可维护性。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供了一种基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统，通过调用操作系统钩子函数及BSP(板级支持软件)插装的形式实现，在与应用程序解耦的前提下，实现对指针、地址越界访问，非法空间访问，死循环，任务(进程)异常挂起，中断处理错误，除零等非法运算，软重启，以及ARINC653操作系统中分区切换错误、系统调用(systemcall)错误等常见软件故障的监控。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：一种基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统，包含运行在BSP上的中断监控模块，中断监控模块在程序进入处理器中断总入口函数后进入中断向量号指向的中断服务程序之前，识别本次中断向量号，对该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位置位；当中断服务程序退出时，对该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位清位；通过读取非遗失存储区域是否有未清位的标志位，来识别哪个中断向量号发生过中断服务程序“死循环”或“长时间阻塞”故障。较佳地，中断监控模块在程序进入中断服务程序之前，读取中断向量号指向的非遗失存储区域的置位发生次数，进行累加；设置中断监控周期，在中断监控周期被触发时清除非遗失存储区域的置位发生次数，根据中断监控周期内置位发生次数是否超出阈值判断“CPU中断不正常频繁触发”的情况。较佳地，还包含运行在BSP的处理器异常监控模块，当处理器异常监控模块监控到钩子函数被调用时，记录处理器异常事件类型的同时，记录当前任务的堆栈信息、CPU寄存器信息，以及时间信息、及其他BIT检测信息。较佳地，还包含运行在BSP的软重启监控模块，软重启监控模块在程序进入reboot函数时，将上下文记录至非遗失存储区域，完成软重启事件信息的保存。较佳地，还包含运行针对ARINC653操作系统的系统调用监控模块，系统调用监控模块在程序进入系统调用入口函数时，识别本次系统调用向量号，对系统调用向量号指向的非遗失存储区域的标志位置位；当系统调用入口函数正常退出时，完成系统调用向量号指向的非遗失存储区域的标志位清位；设定优先级高于分区调度的系统调用监控周期任务，如果在系统调用监控周期范围内识别到某个系统调用向量号指向的非遗失存储区域的标志位未清除，则表明该系统调用处于异常状态，此时记录时间、系统调用号和系统调用参数。较佳地，还包含针对ARINC653操作系统的HM监控模块，针对应用层级故障，基于操作系统提供的钩子函数实现，当钩子函数被触发时完成HM事件及上下文信息的记录。较佳地，还包含针对ARINC653操作系统的HM监控模块，针对应用层HM监控模块，基于操作系统提供的钩子函数实现，当钩子函数被触发时完成HM事件及上下文信息的记录。较佳地，还包含运行在应用程序层的任务死循环监控模块，任务死循环监控模块在被监控任务的末尾增加执行计数，同时建立监控任务周期，当监控任务周期被触发，执行对计数的判断，如果计数在设定监控任务周期内未变化，则认为该任务发生了死循环，记录该被监控任务的当前上下文。本专利技术的有益效果在于：本专利技术以软件形式实现，以函数接口的形式被BSP软件、应用程序调用。具有一定通用性，可支持PowerPC、ARM、MIPS、X86系列的机载航电常用处理器，及VxWorks、天脉等常用机载操作系统，可在与机载应用程序解耦的前提下，实现常见软件故障的监控，能有效提高软件故障的定位能力，提高软件后期维护效率。附图说明图1为软件故障监控系统的功能分布示意图。图2为处理器中断总入口函数的流程示意图，其中，虚线部分为中断监控模块的监控过程。图3为任务(进程)死循环监控模块的监控示意图。图4为系统调用总入口函数的流程示意图，其中，虚线部分为系统调用(systemcall)监控模块的监控过程。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本实施例提供了一种基于嵌入式操作系统的软件故障监控系统，包含分布在应用程序的故障监控软件功能模块第一部分和分布在BSP的故障监控软件功能模块第二部分。其中故障监控软件功能模块第一部分包括：任务(进程)死循环监控模块和应用层健康监控(HealthMonitor)模块。与应用程序中的原有功能模块在一个层面运行，通过监控原功能模块的全局数据及函数调用的方式实现功能。故障监控软件功能模块第二部分包括：中断监控模块、处理器异常(exception)监控模块、软重启监控模块、BSP健康监控(HealthMonitor)模块、系统调用(systemcall)监控模块，在BSP中通过函数调用的方式实现功能。上述功能模块分布在BSP或应用程序中被调用，最终与BSP、应用程序、操作系统集成使用。(一)中断监控模块导致中断问题原因主要有以下两方面：1)中断服务程序处于“死循环”或“长时间阻塞”状态；2)中断由于非正常原因被频繁触发，导致CPU频繁处理中断。这些问题会导致中断服务程序一直占用CPU资源，应用任务(进程)无法正常执行，从而导致产品功能不正常。根据上述对中断常见原因的分析，中断监控模块通过在BSP中增加进出中断服务程序“探针”的方式(见图2)，实现对是否有“死循环”或“长时间阻塞”情况的识别。BSP中有针对处理器所有中断的处理器中断总入口函数，如PowerPC中0x500异常向量对应的处理程序即为处理器中断总入口函数，中断服务程序的实现是在进入处理器中断总入口函数后，根据中断向量号，进入对应的中断服务程序。本专利技术提供的中断监控模块是在程序进入处理器中断总入口函数后，在进入中断向量号指向的中断服务程序之前，识别本次中断向量号，并调用通用函数接口完成该中断向量号指向的非遗失存储区域(NVM)的标志位置位。中断服务程序随即正常执行，当中断服务程序退出时，再次调用通用函数接口完成该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位清位。这种情况下，本次上电结束后或故障发生时，可结合故障现象，通过读取非遗失存储区域是否有未清位的标志位，来识别哪个中断向量发生过中断服务程序“死循环”或“长时间阻塞”故障，可对该服务程序进行针对性排查。此外，中断监控模块通过在处理器中断总入口函数中，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统，包含运行在BSP上的中断监控模块，其特征在于：中断监控模块在程序进入处理器中断总入口函数后进入中断向量号指向的中断服务程序之前，识别本次中断向量号，对该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位置位；当中断服务程序退出时，对该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位清位；通过读取非遗失存储区域是否有未清位的标志位，来识别哪个中断向量号发生过中断服务程序“死循环”或“长时间阻塞”故障。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统，包含运行在BSP上的中断监控模块，其特征在于：中断监控模块在程序进入处理器中断总入口函数后进入中断向量号指向的中断服务程序之前，识别本次中断向量号，对该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位置位；当中断服务程序退出时，对该中断向量号指向的非遗失存储区域的标志位清位；通过读取非遗失存储区域是否有未清位的标志位，来识别哪个中断向量号发生过中断服务程序“死循环”或“长时间阻塞”故障。


2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统，其特征在于中断监控模块在程序进入中断服务程序之前，读取中断向量号指向的非遗失存储区的置位发生次数，进行累加；设置中断监控周期，在中断监控周期被触发时清除非遗失存储区的置位发生次数，根据中断监控周期内置位发生次数是否超出阈值判断“CPU中断不正常频繁触发”的情况。


3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统，其特征在于还包含运行在BSP的处理器异常监控模块，当处理器异常监控模块监控到钩子函数被调用时，记录处理器异常事件类型的同时，记录当前任务的堆栈信息、CPU寄存器信息，以及时间信息、及其他BIT检测信息。


4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式操作系统的机载航电设备软件故障监控系统，其特征在于还包含运行在BSP的软重启监控模块，软重启监控模块在程序进入reboot函数时，将上下文记录至非遗失存储区，完成软重启事件信息的保存。


5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨漫，许斌，吉沛琦，田启贲，杨舟，盘勇军，梁晨，徐世杰，叶颖樑，张明远，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31