Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
13
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
243.52 Кб
Скачать

 

 

 

 

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Защищённая операционная

 

 

 

 

система реального времени

 

 

 

 

 

Сергей Зыль, Владимир Махилёв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Статья раскрывает секрет успеха защищённой операционной системы «жёсткого»

 

 

 

 

 

реального времени QNX, рассказывает об истории её создания и сертификации

 

 

 

 

 

на соответствие российским требованиям по информационной безопасности

 

 

 

 

 

 

 

и технологической независимости.

 

 

 

 

 

 

 

 

Сегодня в российской

оборонной

независимости и информационной бе#

«СВД Встраиваемые Системы» полу#

 

промышленности среди специалистов

зопасности. Проведение комплекса ра#

чила от канадской компании QNX

 

по

информационным

технологиям

бот, необходимого для сертификации

Software System исходные тексты ОС РВ

 

сложно найти человека, который бы ни

QNX на соответствие российским нор#

QNX 4.25 на неограниченное время с

 

разу не слышал об изделии

мативным актам, было поручено компа#

правом модификации и в соответствии с

 

КПДА.00002#01. Что же это за продукт,

нии «СВД Встраиваемые Системы». Эта

требованиями ГОСТ РВ 15.203 разрабо#

 

и почему он так знаменит?

 

компания была создана в 2002 году на

тала на их основе программный комп#

 

Чтобы ответить на этот вопрос, необ#

базе технического отдела SWD Software

лекс «Защищённая операционная систе#

 

ходимо в первую очередь рассказать о

Ltd. — официального дистрибьютора

ма реального времени QNX» — изделие

 

QNX — знаменитом семействе операци#

QNX в России и странах бывшего СССР,

КПДА.00002#01.

Изделие

успешно

 

онных систем реального времени (ОС

успешно работающего на рынке систем

прошло

сертификацию

по

третьему

 

РВ). Создателей QNX Дэна Доджа и Гор#

реального времени с 1991 года. Все поме#

уровню защиты от несанкционирован#

 

дона Белла в 2003 году журнал "Fortune"

щения «СВД Встраиваемые Системы»

ного доступа (НСД) и второму уровню

 

назвал

героями

промышленности.

разместились на закрытых территориях

контроля

отсутствия недекларирован#

 

Действительно, разнообразие областей

предприятий ОПК г. Санкт#Петербурга.

ных возможностей (НДВ), что позволяет

 

науки и техники, в которых нашла своё

Компания получила лицензии Феде#

использовать его в автоматизированных

 

применение ОС РВ QNX, вызывает

ральной службы безопасности РФ, Фе#

системах (АС) класса защищённости до

 

удивление даже у её разработчиков. Сис#

деральной службы по техническому и

1Б включительно. Особо стоит отметить,

 

темные аналитики и главные конструк#

экспортному контролю РФ и Министер#

что в процессе сертификации была вы#

 

торы, не занимающиеся программирова#

ства обороны РФ, а также свидетельство

полнена проверка технологии и обору#

 

нием непосредственно, в качестве основ#

о соответствии

системы менеджмента

дования, используемых в процессе про#

 

ной причины применения QNX в своих

качества компании требованиям ГОСТ

изводства программного обеспечения.

 

проектах называют удивительно гибкую

РВ 15.002 и ГОСТ Р ИСО 9001. При этом

 

 

 

 

 

 

 

и элегантную архитектуру этих операци#

каждый инженер компании имеет серти#

ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ

 

онных систем. Отношение же програм#

фикат специалиста по ОС РВ QNX, вы#

Визитной карточкой QNX являются

 

мистов хорошо иллюстрирует известное

данный разработчиком —

канадской

микроядро, полная защита памяти про#

 

высказывание: «QNX в мире операци#

компанией QNX Software Systems.

цессов и связь между ними на основе

 

онных систем — это то же

 

 

 

 

 

обмена сообщениями.

 

автомат

Калашникова

в

 

Менеджер

 

Менеджер

Базовые функции операцион#

 

стрелкового оружия».

 

 

файловой

 

 

системы вынесены в осо#

 

 

 

 

СD ROM

 

 

 

 

системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бый

системный

модуль,

 

 

 

 

 

 

 

Менеджер

Менеджер

Приложение

 

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ

 

параллельного

включающий микроядро и

 

 

процессов

 

 

порта

 

 

 

Такая операционная сис#

 

 

 

 

менеджер процессов. Мик#

 

 

 

 

 

 

 

тема, как QNX, не могла не

 

 

 

 

 

роядро является, по сути де#

 

обратить на себя внимание

 

 

 

Программная

ла, лишь коммутирующим

 

и специалистов отечествен#

 

 

 

элементом,

своего

рода

 

Микроядро

 

 

 

шина

 

ного

оборонно#промыш#

 

 

 

 

программной шиной (рис.

 

 

Менеджер

 

Менеджер

 

 

ленного комплекса (ОПК).

 

TCP/IP

 

очередей

 

1), обеспечивающей интег#

 

Однако, несмотря на столь

 

Графический

Cервер

 

 

рацию других изолирован#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

завидную репутацию, использо#

сервер

печати

 

 

программных компонентов

 

вать её для внутреннего

 

 

 

 

 

 

систему. К задачам, решае#

82

не имели права — в России действуют

Рис. 1. Архитектура защищённой

мым микроядром, относятся:

 

 

жёсткие

требования

технологической

операционной системы реального времени

диспетчеризация процессов;

 

 

www.cta.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТА 3/2007

 

 

 

 

 

 

 

 

 

© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635

Факс: (495) 232 1653

http://www.cta.ru

П Р О Г Р А М М Н О Е О Б Е С П Е Ч Е Н И Е / С И С Т Е М Ы Р Е А Л Ь Н О Г О В Р Е М Е Н И

1

 

3

ваемую, так и сложную распределённую

налаженная технология. По сути дела,

 

систему. Компоненты, расширяющие

большую часть драйвера программист

Клиент

 

сервисы ОС, называют менеджерами

пишет на основе хорошо документиро#

 

 

 

 

 

 

ввода#вывода. Менеджер ввода#вывода

ванного шаблона или каркаса, поэтому

 

 

Менеджер

— это прикладная программа, которая

основные усилия

разработчик может

Менеджер

 

при запуске регистрируется в простран#

сконцентрировать

на аппаратно#зави#

процессов

 

ввода

 

 

 

 

 

 

2

4

вывода

стве имён менеджера процессов и умеет

симой части драйвера.

 

обрабатывать запросы клиентских при#

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Установление соединения клиента с

ложений. Если менеджер ввода#вывода

ВНЕДРЕНИЯ

 

менеджером ввода вывода

 

работает с каким#либо аппаратным уст#

Рассказывая про ОС QNX, сложнее

 

 

 

ройством, то его называют драйвером.

всего, пожалуй, говорить о внедрениях, и

первичная обработка прерываний;

Взаимодействие клиентских приложе#

в первую очередь это касается изделия

первичная маршрутизация сетевых

ний с менеджерами ввода#вывода орга#

КПДА.00002#01. С одной стороны, посе#

сообщений;

 

 

низовано так, как показано на рис. 2.

щая любую выставку, связанную с пере#

обеспечение безопасного взаимодей#

1. Клиент

вызывает

библиотечную

довыми технологиями автоматизации, вы

ствия между процессами на основе

функцию open(), указывая в аргу#

можете по характерным признакам уз#

синхронных сообщений и асинхрон#

ментах функции имя, зарегистриро#

нать эту операционную систему на мно#

ных уведомлений.

 

 

ванное менеджером ввода#вывода в

гих стендах, представляющих самое раз#

За годы разработки небольшое (менее

пространстве имён. При этом менед#

нообразное оборудование и программное

десяти килобайтов)

микроядро было

жеру процессов будет послано синх#

обеспечение. С другой стороны, факт ис#

тщательно отлажено. Маленький раз#

ронное сообщение#запрос, содержа#

пользования той или иной операционной

мер микроядра и чётко ограниченный

щее заданное имя.

 

системы часто является коммерческой

список выполняемых им функций обес#

2. Менеджер процессов в сообщении#

тайной производителей конечных изде#

печивают надёжность и защищённость

ответе передаёт клиенту параметры

лий — и не только исходя из соображений

операционной системы в целом.

доступа к соответствующему менед#

безопасности, но и в целях сохранения

Менеджер процессов, вместе с мик#

жеру ввода#вывода. Этот ответ со#

конкурентных преимуществ. Однако ми#

роядром входящий в единый систем#

держит,

например,

идентификатор

ровой опыт достаточно богат примерами

ный модуль, гарантирует, что ни один

процесса менеджера ввода#вывода.

построения решений на основе QNX, и

процесс в системе не может вторгаться в

3. Функция open(), используя получен#

среди них немало таких, которые связаны

адресное пространство другого процес#

ные параметры доступа, посылает

с ответственными или мобильными при#

са, а также предоставляет уникальную

сообщение#запрос менеджеру ввода#

менениями, с системами двойного назна#

по эффективности и простоте исполь#

вывода.

 

 

чения, с использованием в условиях кос#

зования службу пространства имён, ко#

4. Менеджер ввода#вывода, исходя из

моса, моря и т.д., то есть решений, кото#

торая позволяет процессам быстро на#

приоритета клиента, текущей загруз#

рые можно рассматривать в качестве отк#

ходить друг друга.

 

 

ки, мандатных правил разграничения

рытых аналогов многих военных приме#

Однако сам по себе системный модуль

доступа или исходя из иных критери#

нений. Приведём некоторые из них:

никому не нужен. Для решения прик#

ев, принимает решение о том, стоит

система высокоточной обработки

ладных задач нужны файловые системы,

ли взаимодействовать с данным кли#

трёхмерных

видеоизображений

сетевые протоколы, доступ к устрой#

ентом, возвращает статус (удачно/не#

ASVS, разрабатываемая компанией

ствам и т.д. И здесь скрыта важная осо#

удачно), и функция open() завершает#

Neptec и предназначенная для уда#

бенность ОС РВ QNX — возможность

ся. Дальнейшее взаимодействие меж#

лённого управления стыковкой кос#

динамически добавлять/удалять любой

ду клиентом и менеджером ввода#вы#

мических аппаратов;

сервис или аппаратный драйвер. Это да#

вода осуществляется уже напрямую.

система наблюдения и сигнализации

ёт операционной системе уникальную

Разработка менеджеров ввода#выво#

Senstar#100 компании Senstar#Stellar,

модульность и наращиваемость, позво#

да — как чисто программных компо#

решающая задачи периметровой ох#

ляет построить как компактную встраи#

нентов, так и драйверов — это хорошо

раны важных объектов;

 

 

 

 

 

Фото предоставлено ИПМТ ДВО РАН

 

Рис. 3. Управление бортовым манипулятором космического корабля

 

 

 

«Шаттл» реализовано на основе QNX

 

Рис. 4. Автономно привязной подводный аппарат TSL

 

83

 

 

 

 

 

 

 

 

СТА 3/2007

 

 

www.cta.ru

© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

П Р О Г Р А М М Н О Е О Б Е С П Е Ч Е Н И Е / С И С Т Е М Ы Р Е А Л Ь Н О Г О В Р Е М Е Н И

 

радионуклидный

ана#

 

 

 

 

Однако все области

 

 

 

 

 

 

лизатор RASA компа#

 

 

 

 

применения QNX, нес#

 

нии

Pacific Northwest

 

 

 

 

мотря на разнообразие,

 

National Laboratory для

 

 

 

 

предъявляют два

важ#

 

идентификации

ядер#

 

 

 

 

ных требования, в ко#

 

ных объектов и мони#

 

 

 

 

нечном

итоге

опреде#

 

торинга

окружающей

 

 

 

 

ливших решение разра#

 

среды;

 

 

 

 

 

 

 

 

ботчиков при

выборе

 

система

 

управления

 

 

 

 

операционной

систе#

 

бортовым манипулято#

 

 

 

 

мы, —

детерминиро#

 

ром космического ко#

 

 

 

 

ванность и надёжность.

 

рабля «Шаттл» (рис. 3);

 

 

 

 

Ведь многие

изделия

 

многоцелевые

авто#

 

 

 

 

должны

годами

рабо#

 

номные подводные ро# Рис. 5. Робот PocketDelta компании

тать без обслуживания

 

боты

(МТ#98, TSL и CSEM предназначен для сборки

человеком и при этом

 

др.) разработки Инсти# сложных миниатюрных устройств

должны

гарантирован#

 

тута проблем морских и построен на основе QNX

но обрабатывать значи#

 

технологий ДВО РАН

 

 

 

тельные

объёмы

ин#

 

(рис. 4) [1, 2].

 

 

 

формации, поступающей с различных

 

Кроме того, можно упомянуть такие

датчиков.

 

 

 

 

 

сферы применения, как сталелитейная

Следует заметить, что вокруг изделия

 

промышленность, добыча, транспорти#

КПДА.00002#01 сложилась достаточно

 

ровка и переработка нефти и газа, атом#

интересная ситуация: изначально пред#

 

ная энергетика, авиационные и морс#

назначенный для ОПК, этот продукт

 

кие тренажёры и симуляторы, автома#

оказался востребованным и при созда#

 

тические телефонные станции и теле#

нии ответственных систем коммерчес#

 

коммуникационное оборудование, ро#

кого учёта в добывающей промышлен#

 

бототехника (рис. 5) и управление бес#

ности, энергетике, а также в различных

 

пилотными аппаратами, медицинские

системах, применяемых на транспорте.

 

приборы и многое другое.

 

 

 

 

 

 

 

 

В настоящее время в различных отрас#

ОСОБЕННОСТИ ОБЛАСТИ

 

 

 

лях широкое распространение получили

ПРИМЕНЕНИЯ

 

 

 

 

системы управления, разработанные с

Предприятия ОПК традиционно уде#

 

использованием SCADA#пакетов, ин#

ляют особое внимание вопросам созда#

 

струментальные средства которых поз#

ния новых видов устройств, а в послед#

 

воляют силами специалистов#техноло#

ние годы в связи с активным развитием

 

гов, досконально знающих предметную

отечественной

микроэлектроники —

 

область, в относительно короткие сроки

даже новых ЦПУ (в том числе многоя#

 

создавать,

разворачивать на

объектах

дерных) и процессорных модулей (в том

 

применения и эксплуатировать сложные

числе прототипных плат) на их основе.

 

автоматизированные системы управле#

Для разработчика аппаратуры одной из

 

ния без привлечения программистов.

наиболее ответственных и проблемных

 

Специально для QNX разработан целый

задач является обеспечение поддержки

 

ряд SCADA#систем, среди которых наи#

созданного оборудования в операцион#

 

более

распространёнными

являются

ных средах. Фактически речь идёт об

 

RealFlex,

«СТА#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТУС»

(рис.

6),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RTWin.

Каждая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

такая SCADA со#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

держит

готовые

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

наборы тщательно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

протестирован#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ных компонентов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АСУ для опреде#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лённой

отрасли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

промышленнос#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ти, а также

под#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

держивает специ#

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ализированные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

технологические

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

84

языки, например

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LCON 4.

 

 

Рис. 6. Экранная форма SCADA «СТАТУС 4» (НПП «Автоматика С») для QNX

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обеспечении программно#аппаратной совместимости.

В этом отношении изделие КПДА.00002#01 предоставляет разработ# чикам важное преимущество: интерфей# сы и методика расширения хорошо доку# ментированы и при необходимости могут использоваться разработчиком самостоя# тельно. Область применения изделия простирается от создания драйверов уст# ройств до реализации собственных сис# темных сервисов, например поддержки особых протоколов обмена данными.

Однако не на всех предприятиях такие задачи возникают настолько часто, что# бы для их решения держать собственный штат квалифицированных системных программистов — представителей очень редкой и высокооплачиваемой специ# альности. Для решения такого рода проб# лем своих заказчиков руководство ком# пании «СВД Встраиваемые Системы» приняло решение выйти за рамки тради# ционных форм технического сопровож# дения, применяемых коммерческими поставщиками программного обеспече# ния, и создать Центр разработок систем# ного программного обеспечения QNX. Интересно, что этот Центр оказался востребованным и конкурентоспособ# ным не только на российском рынке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изделие КПДА.00002#01 по сути дела представляет собой конструктор, состоя# щий из легко модифицируемых систем# ных компонентов#«кирпичиков» для современных АСУ, которые заказчик мо# жет с уверенностью в их качестве интег# рировать с помощью предоставляемых ему инструментов и методов в создавае# мое им комплексное решение. При этом каждый заказчик имеет возможность на любом этапе жизненного цикла создать и встроить в архитектуру АСУ практически любой новый системный «кирпичик» как своими силами, так и в партнерстве с «СВД Встраиваемые Системы».

ЛИТЕРАТУРА

1.Ваулин Ю., Инзарцев А. Применение ОС QNX в подводной робототехнике // Современные технологии автоматизации. 2002. № 3. С. 66#71.

2.Инзарцев А., Львов О. Бортовые вычис# лительные сети автономных подводных роботов // Современные технологии ав# томатизации. 2005. № 2. С. 68#74.

Авторы — сотрудники

ООО «СВД Встраиваемые Системы» Телефон/факс: (812) 373!1907

www.cta.ru

СТА 3/2007

© 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru