2. 从业资格
  3. 某公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外，

某公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外，

考试题库2022-08-02  22
问题 某公司承担了一项宇航嵌入式设备的研制任务。本项目除对硬件设备环境有很高的要求外，还要求支持以下功能：（1）设备由多个处理机模块组成，需要时外场可快速更换（即LRM结构）；（2）应用软件应与硬件无关，便于软硬件的升级；（3）由于宇航嵌入式设备中要支持不同功能，系统应支持完成不同功能任务间的数据隔离；（4）宇航设备可靠性要求高，系统要有故障处理能力。公司在接到此项任务后，进行了反复论证，提出三层栈（TLS）软件总体架构，如图3-1所示，并将软件设计工作交给了李工，要求其在三周内完成软件总体设计工作，给出总体设计方案。 图3-1 宇航嵌入式设备软件架构{图【问题1】（8分）    用150字以内的文字，说明公司制定的TLS软件架构的层次特点，并针对上述功能需求（1）~（4），说明架构中各层内涵。【问题2】（10分）    在TLS软件架构的基础上，关于选择哪种类型的嵌入式操作系统问题，李工与总工程师发生了严重分歧。李工认为，宇航系统是实时系统，操作系统的处理时间越快越好，隔离意味着以时间作代价，没有必要，建议选择类似于VxWorks5.5的操作系统；总工程师认为，应用软件间隔离是宇航系统安全性要求，宇航系统在选择操作系统时必须考虑这一点，建议选择类似于Linux的操作系统。    请说明两种操作系统的主要差异，完成表3-1中的空白部分，并针对本任务要求，用200字以内的文字说明你选择操作系统的类型和理由。                                  表3-1 两种操作系统的主要差异}【问题3】（7分）    故障处理是宇航系统软件设计中极为重要的组成部分。故障处理主要包括故障监视、故障定位、故障隔离和系统容错（重组）。用150字以内的文字说明嵌入式系统中故障主要分哪几类？并分别给出两种常用的故障滤波算法和容错算法。
选项
答案
解析 【问题1】TLS结构框架的主要特点：（1）应用软件仅与操作系统服务相关，不直接操作硬件。（2）操作系统通过模块支持原软件访问硬件，可与具体硬件无关。（3）模块支持层将硬件抽象成标准操作。（4）通过三层栈的划分可实现硬件的快速更改与升级，应用软件的升级不会引起硬件的变更。TLS结构框架的各层内涵是：（1）应用层主要完成宇航设备的具体工作，由多个功能任务组成，各功能任务间的隔离由操作系统层实现。（2）操作系统层实现应用软件与硬件的隔离，为应用软件提供更加丰富的计算机资源服务。操作系统为应用软件提供标准的API接口（如POSIX），确保了应用软件的可升级性。（3）模块支持层为操作系统管理硬件资源提供统一管理方法，用一种抽象的标准接口实现软件与硬件的无关性，达到硬件的升级要求，便于硬件的外场快速更换。【问题2】两种操作系统的差异见下表。选择类似于Linux的嵌入式操作系统。理由如下：（1）Linux操作系统是一种安全性较强的操作系统。内核工作在系统态，应用软件工作在用户态，可以有效防止应用软件对操作系统的破坏。（2）Linux操作系统调度的最小单位是线程，线程归属于进程，进程具有自己独立的资源。进程通过存储器管理部件（MMU）实现多功能应用间隔离。（3）嵌入式Linux操作系统支持硬件抽象，可有效实现TLS结构，并将硬件抽象与操作系统分离，可方便实现硬件的外场快速更换。【问题3】（1）嵌入式系统中故障主要分为：① 硬件故障：如CPU、存储器和定时器等；② 应用软件故障：如数值越界、异常和超时等；③ 操作系统故障：如越权访问、死锁和资源枯竭等。（2）滤波算法：① 门限算法② 递减算法③ 递增算法④ 周期滤波算法（3）容错算法：① N+1备份② 冷备③ 温备④ 热备
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