ЖУРНАЛ «СТА» №3/2002

РАЗ РА БО Т КИ / ПОД ВОДНЫ Е АППА РАТ Ы 67 СТА 3/2002 www.cta.ru Т РЕБОВАНИЯ К ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ Особенности СУ АПР определяются мощностью используемых процессо- ров, условиями их функционирования, а также характером решаемых задач. После проведения анализа среди боль- шого числа современных операцион- ных систем реального времени (ОС РВ) в качестве базовой системы была выбрана QNX. При выборе операционной системы для ЛВС АПР принималось во внима- ние множество факторов. Рассмотрим некоторые из них. Минимальные требования OC к вычислительным ресурсам Одно из основных требований к ЛВС АПР — минимальный уровень исполь- зуемых вычислительных ресурсов. Данное требование имеет под собой следующие основания: 1)необходимость рассеяния тепла в замкнутом объеме при отсутствии конвекции не позволяет использо- вать мощные процессоры; 2)для того чтобы увеличить время не- прерывной работы АПР, требуется минимизировать энергозатраты, в том числе за счет меньшего потреб- ления СУ (это требование особенно важно для аппаратов с малой ёмкос- тью энергоисточника); 3)косвенной экономии электроэнер- гии можно добиться за счет выбора меньших габаритов прочных контей- неров для размещения процессоров, что влечет за собой уменьшение за- трат на движение и, следовательно, увеличение автономности АПР; 4)маломощные микрокомпьютеры имеют существенно меньшую стои- мость. Из перечисленного в пунктах 14 сле- дует: а)сравнительно небольшой размер оперативной памяти таких микро- компьютеров (единицы мегабайт); б)их невысокая производительность. Обладая быстродействующим мик- роядром, ОС QNX полностью удовле- творяет этим требованиям. Поддержка распределенных вычислений В зависимости от назначения АПР система управления может иметь ЛВС различной конфигурации. Требуется обеспечить простоту взаимодействия подзадач, выполняющихся на различ- ных процессорах. Кроме того, при сме- не оборудования отдельные устройства могут переключаться с одного процес- сора на другой, что должно гибко от- слеживаться системой управления. QNX благодаря встроенному механиз- му IPC обеспечивает «прозрачное» вза- имодействие процессов, динамически размещаемых в различных узлах сети. Поддержка модифицируемости ЛВС СУ АПР должна легко наращиваться и модифицироваться по мере добавле- ния к аппарату новых сенсоров или по- явления новых задач. QNX полностью удовлетворяет этому требованию (см. предыдущий пункт). Поддержка механизма приоритетов и системных таймеров Время работы разных модулей СУ различно. Время работы алгоритмов управления нижнего уровня (напри- мер, таких как управление движением) измеряется десятками миллисекунд, поэтому каждый цикл управления дол- жен быть чётко привязан к временным меткам, а рабочий цикл более высоких уровней управления может занимать секунды и даже минуты и потому не требует столь точной привязки ко вре- мени и является фоном для задач ниж- него уровня. Кроме того, немаловаж- ное значение имеет такой параметр, как время переключения контекста за- дач (желательно, чтобы оно было ми- нимальным). QNX обеспечивает под- держку 32 приоритетов задач, а время переключения контекста минимально среди всех известных нам ОС РВ. Надежность и предсказуемость системы Поскольку АПР функционирует ав- тономно и вмешательство оператора во время выполнения задания невозмож- но, то надежность системы имеет опре- деляющее значение. По опыту нашей работы с другими операционными сис- темами QNX обладает этими свойства- ми в наибольшей мере. Простота реализации и широта использования СУ должна быть реализована суще- ствующими средствами программиро- вания на доступных в АПР вычисли- тельных ресурсах. Поставляемая с QNX среда разработки обеспечивает реализацию любой управляющей сис- темы реального времени. Имеется опыт построения СУ АПР на единст- венном процессоре i386 с ОЗУ 4 Мбайт; при этом полностью поддер- живаются все возможности QNX, включая графический интерфейс опе- ратора. Первоначально в разработках ИПМТ ДВО РАН использовалась ОС QNX 4.11, а в настоящее время — QNX 4.25E. В качестве средств разработки применяются Watcom C 10.6 и Applica- tion Builder 1.14. Используемая перво- начально графическая оболочка QNX Windows затем была заменена на Pho- ton. QNX В РАЗЛИ Ч НЫХ ТИПАХ АПР ОС QNX с успехом применяется в различных типах АПР. Далее описаны особенности использования. АПР МТ-98 Аппарат предназначен для работы на глубинах до 6000 м и ориентирован на использование в условиях сложного рельефа (рис. 1). Он имеет движитель- ную установку, обеспечивающую про- извольные режимы движения (в том числе движение боком, зависание и т.п.). При пере- мещении вблизи препятствий ис- пользуется мно- гоканальная эхо- л о к а ц и о н н а я система, позво- ляющая разли- чать препятствия впереди по ходу движения, а так- же контролиро- вать положение аппарата относи- тельно дна в диа- пазоне высот от 0,8 до 50 м. Рис. 1. Автономный подводный робот МТ-98