JPH07281909A - リアルタイム・タスク周期実行管理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 実行周期を任意に設定できると共に、厳密な
タスクの実行順序並びに厳密な異周期タスク間データ・
インタフェースを確保して高い信頼性を得る。 【構成】 周期サイクル管理装置１は、サイクル・カウ
ンタ１２をカウント・アップして基本サイクルを得ると
共に経過時刻を設定して終了条件を判定する。タスク・
スケジュール管理装置２は、タスク・スケジュール・テ
ーブル２５を検索してスケジュール時間条件並びにタス
ク変更要求を判定し、その判定結果に従ってタスク・ト
ークン・テーブルを変更する。実行制御管理装置は、ス
ケジュール管理されるタスクの実行周期タイミングを判
定してタスク・トークン・テーブルを検索し、各構成タ
スクを起床して自システムを休眠させる。データ・イン
タフェース管理装置は、高速周期並びに低速周期タスク
更新データの移行処理タスクを起床し、異周期タスク間
のデータ・インタフェース管理を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機、宇宙機器等の
誘導・制御プログラムを構成するリアルタイム・タスク
周期実行管理に適用される管理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機、宇宙機器等の飛行体を誘導・制
御する誘導・制御プログラムは、実行タスクの変更、タ
スクの実行順序、異周期タスク間のデータインタフェー
スが厳密に規定されており、かつ高速なタスク切り替え
が必要とされる為、従来ではリアルタイム・マルチタス
ク汎用ＯＳは使用されていない。

【０００３】従来の航空機、宇宙機器等の飛行体におけ
る誘導・制御プログラム周期実行管理は、固有の搭載シ
ステム専用のプログラム管理手法として以下の方法で実
現されている。図８は、このプログラム管理の構造図、
図９は図８におけるタスク実行周期テーブル及びタスク
・ステータス・ワードの詳細図であり、図中の符号
（１）〜（８）が以下に示す（１）〜（８）の処理に対
応している。 （１）ハードウェアからの基本クロック割り込み毎にプ
ログラム管理が実行される。 （２）時分割タスクのレジスタ、データ等を退避する。 （３）マイナー・サイクル・カウンタをカウントアップ
し、経過時間を設定する。終了条件を満たした時、プロ
グラム管理の実行を停止する。 （４）タスク・スケジュール・テーブルを検索し、切り
替え時刻でスケジュールされた変更タスク・ステータス
・ワードに従い、タスク・ステータス・テーブルの内容
を変更する。 （５）基本サイクル毎にタスク実行周期テーブルを検索
し、タスクの実行周期を判断する。 （６）タスクの実行要求をビット単位に規定したタスク
・ステータス・ワードのビット状態を判定し、実行要求
されているタスクは、サブルーチン的に呼び出される。
実行要求可能なタスクは、呼び出し命令に対応し固定化
されている。 （７）基本サイクル内で実行される周期タスクは、すべ
て当該サイクル内で処理を完了しなければならない。複
数サイクルにまたがり実行できるのは、１つの時分割タ
スクのみである。 （８）基本サイクル内の異周期タスク間のデータは、タ
スク完了の順に参照可能であるが、時分割タスクのデー
タについては、データ移行を行ない、更新中サイクルの
データは参照させない。 図８にプログラム管理の構造図を示す。図中（１）〜
（８）に処理が対応する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方式では、
次に示すような問題がある。 （１）各実行周期毎に実行されるタスクは、全て当該サ
イクル内で完了しなければならない為、処理量の大きな
タスクは扱えない。 （２）実行要求可能なタスクそれぞれに、呼び出し命令
が対応し固定化されている為、タスクを新たに追加でき
ない。 （３）ＣＰＵ処理量を平均化させる為には、タスクを実
行周期毎に配分する時、厳密なタスク実行順序を意識し
て、新調に検討しなければならない。したがって登録タ
スクの処理部分の追加変更は容易に行なえない。 （４）ＣＰＵ能力の向上に伴いリアルタイム・マルチタ
スク汎用ＯＳを使用する場合、誘導・制御プログラムに
要求されるタスク実行順序は、正確に管理しておかない
と、不用意な実行順序変更が発生し得る。 （５）リアルタイム・マルチタスク汎用ＯＳを使用し、
各周期タスクに時分割を許容した場合、（１）項に対し
処理量の大きなタスクを扱える反面、異周期タスク間の
データ・インタフェースを確実に行なう必要がある。 （６）リアルタイム・マルチタスク汎用ＯＳを使用し、
それぞれのタスクが個々に実行管理した場合、厳密な実
行順序とデータ・インタフェースを保証できない。 本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、実行周期を
任意に設定できると共にＣＰＵを効率的に利用でき、且
つ、厳密なタスクの実行順序並びに厳密な異周期タスク
間データ・インタフェースを確保して高い信頼性が得ら
れるリアルタイム・タスク周期実行管理システムを提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るリアルタイ
ム・タスク周期実行管理システムは、基本クロックによ
りサイクル・カウンタをカウント・アップして周期管理
用の基本サイクルを得ると共に、上記カウンタのカウン
ト値に基づいて経過時刻を設定し、該経過時刻から終了
条件を判定して周期サイクルを管理する周期サイクル管
理手段と、タスク・スケジュールが格納されたタスク・
スケジュール・テーブルを上記経過時刻に基づいて検索
し、スケジュール時間条件並びにタスク変更要求を判定
し、その判定結果に従ってタスク・トークン・テーブル
を変更するタスク・スケジュール管理手段と、この実行
制御管理手段により管理されるタスクの実行周期タイミ
ングを判定し、その判定結果に基づいて上記タスク・ト
ークン・テーブルを検索し、各誘導・制御構成タスクを
起床して自システムを休眠させる実行制御管理手段と、
高速周期タスク更新データの移行処理タスク並びに低速
周期タスク更新データの移行処理タスクを起床し、異周
期タスク間のデータ・インタフェース管理を行なうデー
タ・インタフェース管理手段とを具備したことを特徴と
する。

【０００６】

【作用】周期サイクル管理手段は、サイクル・カウンタ
をカウント・アップすることで周期管理を行なう為の基
本サイクルを得ると共に、時間スケジュールを行なう為
の基準時間を得、経過時刻が終了条件を満足すると、プ
ログラム全体の処理を終了する。タスク・スケジュール
管理手段は、タスク・スケジュール・テーブルにより任
意の時間スケジュールでタスクの実行変更を行ない、ま
た、タスク・トークン・テーブルに示されるトークン名
を変更する事によって実行可能タスクの追加、削除を行
なう。実行制御管理手段は、実行周期定数により任意の
周期を規定し、また、実行すべき実行周期グループの起
床タイミングを得ると共に、タスク・トークン・テーブ
ルによって実行すべきタスクとその実行順序を得る。ま
た、タスク・トークン・テーブルに示されるタスクを順
次、システム・コールを用いて起床することにより、リ
アルタイム・マルチタスク汎用ＯＳに実行権を与えるタ
スクの優先度と順序を通達する。データ・インタフェー
ス管理手段は、データ参照を行なう実行タスクにより低
速側タスクの起床タイミングを判定したサイクル時点で
前回完了している低速側タスクの更新データを高速側タ
スクの参照用テーブルとして複写、固定化することによ
って確実なデータ・インタフェースを実現する。また、
実行周期グループのタスク処理先頭で高速側タスクの更
新データを、当該周期グループの参照用データとして複
写、固定化することによって確実なデータ・インタフェ
ースを実現する。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１及び図２は、本発明の一実施例に係る航空
機、宇宙機器等の飛行体における誘導・制御用リアルタ
イム・タスク周期実行管理システムのブロック図、図３
は構造図である。本システムは搭載計算機で実行可能な
リアルタイム・マルチタスク汎用ＯＳのシステム・コー
ルを組み合わせたリアルタイム周期実行管理システムで
あり、周期処理の単位は、ＯＳ配下のリアルタイム・タ
スクとして実現されている。

【０００８】即ち、本発明に係るシステムは、図１及び
図２に示すように周期サイクル管理装置１、タスク・ス
ケジュール管理装置２、実行制御管理装置３、データ・
インタフェース管理装置４により構成される。上記周期
サイクル管理装置１は、初期化処理器１１、マイナーサ
イクル・カウンタ１２、経過時刻設定器１３、終了条件
判定器１４、起動タスク停止処理器１５、自タスク・ス
リープ処理器１６からなり、実行条件定数テーブル１７
との間のデータ授受により処理を実行し、経過時刻Ｔｒ
をタスク・スケジュール管理装置２へ出力する。

【０００９】タスク・スケジュール管理装置２は、スケ
ジュール時刻判定器２１、タスク・スケジュール・テー
ブル検索器２２、タスク変更要求判定器２３、タスク・
トークン・テーブル設定器２４からなり、実行時間スケ
ジュールにタスク名を並べたタスク・スケジュール・テ
ーブル２５からデータが与えられる。タスク・スケジュ
ール管理装置２は、周期サイクル管理装置１からの経過
時刻Ｔｒ及びタスク・スケジュール・テーブル２５から
のデータに従って動作し、マイナーサイクル・カウンタ
のカウント値Ｎｓを実行制御管理装置３に出力すると共
に、実行周期単位に実行タスクのトークン（実行権）名
を並べるタスク・トークン・テーブル３４に対するデー
タ設定を行なう。

【００１０】実行制御管理装置３は、実行周期タイミン
グ判定器３１、タスク・トークン・テーブル検索器３
２、周期タスク制御器３３からなり、実行条件定数テー
ブル１７からのデータ及びタスク・トークン・テーブル
３４からのデータによって動作し、タスク制御を実行す
る。

【００１１】データ・インタフェース管理装置４は、デ
ータ移行処理器（高→中、低速）４１、データ移行処理
器（中→低速）４２、データ移行処理器（中、低→高
速）４３からなり、その管理結果を周期サイクル管理装
置１の自タスク・スリープ処理器１６へ出力する。

【００１２】次に上記周期サイクル管理装置１、タスク
・スケジュール管理装置２、実行制御管理装置３、デー
タ・インタフェース管理装置４の詳細について説明す
る。 ［周期サイクル管理装置１］システム立ち上げ時、初期
化処理器１１から実行条件定数テーブル１７に初期化指
示が出され、該実行条件定数テーブル１７により初期化
される。その後、搭載ハードウェアからの基本クロック
をリアルタイム・マルチタスク汎用ＯＳが受ける毎に本
システムが起床され、マイナー・サイクル・カウンタ１
２をカウント・アップし、そのカウント値Ｎｓにより経
過時刻を経過時刻設定器１３に設定する。そして、終了
条件判定器１４は、経過時刻Ｔｒが実行条件定数テーブ
ル１７に示された終了時間条件を満たした時、起動タス
ク停止処理器１５に指示を与え、全てのリアルタイム・
タスクを停止させる。

【００１３】［タスク・スケジュール管理装置２］スケ
ジュール時刻判定器２１は、タスク・スケジュール・テ
ーブル２５からの切り替え時刻に基づいて、周期サイク
ル管理装置１から与えられる経過時刻ｔｒを判定し、そ
の判定結果に基づいてタスク・スケジュール・テーブル
検索器２２によりタスク・スケジュール・テーブル２５
を検索する。そして、時間スケジュールに従ったタスク
名をトークン（実行権）としてタスク・トークン・テー
ブル設定器２４によりタスク・トークン・テーブル３４
に複写する。これによりタスク変更要求判定器２３から
タスク実行要求をスケジュール通り発生させる。又、誘
導・制御構成タスクからの実行タスク変更要求に応じて
タスク・トークン・テーブル設定器２４によりタスク・
トークン・テーブル３４にタスク名を書き込むことによ
り、実行タスクを変更する。

【００１４】［実行制御管理装置３］図４は、周期タス
ク・グループの起床タイミングについて示したものであ
る。即ち、高速（基本）の場合には、マイナーサイクル
・カウンタ１２がカウントアップする毎に、つまり、１
ｍｃ（マイナーサイクル）毎に周期タスク・グループを
起床し、中速の場合には４ｍｃ毎に起床し、低速の場合
には４０ｍｃ毎に起床する。

【００１５】この場合、実行周期タイミング判定器３１
により、サイクル・カウンタ１２のカウント値Ｎｓと実
行条件定数テーブル１７に示された実行周期定数とを比
較し、実行周期タイミングを判定する。この判定結果に
基づいてタスク・トークン・テーブル検索器３２により
タスク・トークン・テーブル３４を検索し、実行周期と
判定されたものから順次周期タスク制御器３３に読み出
し、リアルタイム・タスクを起床する。起床されたタス
クは、リアルタイム・マルチタスク汎用ＯＳの管理下で
実行待ち状態となり、自身の実行権が巡ってきた時から
実行される。実行中より優先度の高い基本クロックによ
る本システムの起床事象が発生した時点で処理を時分割
し、実行権を本システムに明け渡す。そして、次回時分
割中のタスクに実行権が巡ってきた時点で処理を再開す
る。実行権を保有している間に処理が完了した時、自タ
スクを休眠させ、実行権を次のタスクに渡す。

【００１６】［データ・インタフェース管理装置４］実
行タスクの周期より低速の周期タスクが更新するデータ
を参照する場合、データ移行処理器（中、低→高速）４
３により、低速周期タスクの起床タイミングを判定した
サイクル時点で更新データを参照用データとして複写
し、高速側の同一実行周期グループのタスク間で共通使
用する。

【００１７】又、実行タスクの周期より高速の周期タス
クが更新するデータを参照する場合、データ移行処理器
（高→中、低速）４１あるいはデータ移行処理器（中→
低速）４２により、低速側周期グループのタスク処理先
頭で高速側周期グループの完了したデータを参照用デー
タとして複写し、時分割される低速側周期グループ内の
タスク間で共通使用する。図５は、周期タスクの実行過
程における異周期タスク間データインタフェースの流れ
について示したものである。

【００１８】次に上記実施例の全体的な動作を図６及び
図７のフローチャートを参照して説明する。システム立
ち上げ時、周期サイクル管理装置１における初期化処理
器１１から実行条件定数テーブル１７に初期化指示が出
され、該実行条件定数テーブル１７により初期化されて
周期起床待ちの状態となる（ステップＡ1 ）。その後、
基本クロックをリアルタイム・マルチタスク汎用ＯＳが
受ける毎にシステムを起床して管理処理実行ステータス
をＯＮし（ステップＡ2 ）、マイナー・サイクル・カウ
ンタ１２をカウント・アップする（ステップＡ3 ）。こ
のマイナーサイクル・カウンタ１２のカウント値Ｎｓに
より経過時刻Ｔｒを経過時刻設定器１３に設定する（ス
テップＡ4 ）。

【００１９】次いで、終了条件判定器１４により、処理
が終了したか否かを判定する（ステップＡ5 ）。即ち、
終了条件判定器１４は、経過時刻Ｔｒが実行条件定数テ
ーブル１７に示された終了時間条件を満たしているか否
かを判定し、終了時間条件を満たしていれば、起動タス
ク停止処理器１５に指示を与え、起動中のタスクを停止
すると共に自タスクを停止する（ステップＡ6 ，Ａ7
）。また、終了条件判定器１４により終了時間条件を
満たしていないと判定された場合は、タスク・スケジュ
ール管理装置２内のスケジュール時刻判定器２１により
スケジュール時刻を経過したか否かを判定する（ステッ
プＡ8 ）。

【００２０】即ち、スケジュール時刻判定器２１は、周
期サイクル管理装置１から与えられる経過時刻ｔｒがタ
スク・スケジュール・テーブル２５に設定された切り替
え時刻になった否かを判定し、経過時刻ｔｒが切り替え
時刻になるとタスク・スケジュール・テーブル検索器２
２によりタスク・スケジュール・テーブル２５を検索す
る（ステップＡ9 ）。この検索後、あるいはステップＡ
8 で未だ切り替え時刻になっていないと判定された場合
は、タスク変更要求判定器２３でタスク・スケジュール
・テーブル２５からのタスク変更要求フラグによりタス
ク変更要求の有無を判定する（ステップＡ10）。タスク
変更要求が出されていれば、タスク・トークン・テーブ
ル設定器２４によりタスク・トークン・テーブル３４に
タスク名を書き込むことにより、実行タスクを変更する
（ステップＡ11）。

【００２１】この処理により実行タスクが変更された場
合、あるいはステップＡ10でタスク変更要求なしと判定
された場合、実行制御管理装置３内の実行周期タイミン
グ判定器３１で実行周期タイミングが高速タスクである
か否かを判定する。この場合、実行周期タイミング判定
器３１は、サイクル・カウンタ１２のカウント値Ｎｓと
実行条件定数テーブル１７に示された実行周期定数とを
比較し、実行周期タイミングを判定する（ステップＡ1
1）。実行周期と判定されたものから順次周期タスク制
御器３３に読み出し、リアルタイム・タスクを起床す
る。即ち、ステップＡ11で高速タスクであると判定され
ると、タスク・トークン・テーブル検索器３２によりタ
スク・トークン・テーブル３４を検索し（ステップＡ1
3）、周期タスク制御器３３により周期タスク、即ち高
速タスクを起床する（ステップＡ14）。次いでデータ移
行タスク（高→中、低速）を起床し（ステップＡ15）、
データ・インタフェース管理装置４内のデータ移行処理
器（高→中、低速）４１によりデータ移行処理を実行し
（ステップＡ16）、自タスクを停止する（ステップＡ1
7）。

【００２２】上記ステップＡ15の処理を終了した場合、
実行周期タイミング判定器３１で次の実行周期タイミン
グが中速タスクであるか否かを判定する（ステップＡ1
8）。また、ステップＡ12で高速タスクではないと判定
された場合は、更に実行周期タイミング判定器３１でそ
の実行周期タイミングが中速タスクであるか否かを判定
する（ステップＡ18）。このステップＡ18で中速タスク
であると判定されると、タスク・トークン・テーブル検
索器３２によりタスク・トークン・テーブル３４を検索
し（ステップＡ19）、周期タスク制御器３３により中速
タスクを起床する（ステップＡ20）。次いでデータ移行
タスク（中→低速）を起床し（ステップＡ21）、データ
移行処理器（中→低速）４２によりデータ移行処理を実
行し（ステップＡ22）、自タスクを停止する（ステップ
Ａ23）。

【００２３】上記ステップＡ21の処理を終了した場合、
あるいはステップＡ18で中速タスクではないと判定され
ると、更に実行周期タイミング判定器３１で実行周期タ
イミングが低速タスクであるか否かを判定する（ステッ
プＡ24）。このステップＡ24で低速タスクであると判定
されると、タスク・トークン・テーブル検索器３２によ
りタスク・トークン・テーブル３４を検索し（ステップ
Ａ25）、周期タスク制御器３３により低速タスクを起床
する（ステップＡ26）。

【００２４】このステップＡ26で低速タスクを起床した
場合、あるいは上記ステップＡ24で低速タスクではない
と判定された場合、データ移行処理器（中、低→高速）
４３によりデータ移行処理を実行し（ステップＡ27）、
管理実行ステータスをＯＦＦする（ステップＡ28）。そ
の後、周期サイクル管理装置１における自タスク・スリ
ープ処理器１６により、自タスクのスリープ処理を行な
い（ステップＡ29）、周期起床待ちの状態となる。

【００２５】上記したように本システムは、搭載計算機
で実行可能なリアルタイム・マルチタスク汎用ＯＳのシ
ステム・コールを組み合わせたリアルタイム周期実行管
理システムであり、周期処理の単位はＯＳ配下のリアル
タイム・タスクとして実現し、また、リアルタイム・マ
ルチタスク汎用ＯＳでは行なえない厳密なタスクの実行
順序と異周期タスク間のデータ・インタフェースを管理
する。

【００２６】従って、本システムの適用により周期タス
クの登録に制約が少なくなり、アプリケーション・プロ
グラムの機能拡張が容易になり、又、各周期タスクの処
理量が大きくても、ＣＰＵを効率的に使用して該当の周
期サイクル内で実現することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、次
に示す効果を得ることができる。 （１）実行周期を任意に設定できる。 （２）処理量の大きな周期タスクを時分割で実現でき、
ＣＰＵを効率的に利用できる。 （３）タスクの追加、削除が従来の方法に比べ、容易で
あり信頼性が高い。 （４）従来の方法と同様の厳密なタスクの実行順序を確
保できる。 （５）従来の方法と同様の厳密な異周期タスク間データ
・インタフェースを確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るリアルタイム・タスク
周期実行管理システムのブロック図。

【図２】同実施例におけるシステムの他の部分の構成を
示すブロック図。

【図３】同実施例におけるシステムの構造図。

【図４】同実施例における周期タスク・グループ起床タ
イミングを示す図。

【図５】同実施例における周期タスク実行過程、異周期
タスク間データ・インタフェース・チャートを示す図。

【図６】同実施例における処理動作を示すフローチャー
ト。

【図７】同実施例における処理動作を示すフローチャー
ト。

【図８】従来のプログラム管理を示す構造図。

【図９】図８におけるタスク実行周期テーブル及びタス
ク・ステータス・ワードの詳細を示す図。

【符号の説明】

１ 周期サイクル管理装置 ２ タスク・スケジュール管理装置 ３ 実行制御管理装置 ４ データ・インタフェース管理装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基本クロックによりサイクル・カウンタ
   をカウント・アップして周期管理用の基本サイクルを得
   ると共に、上記カウンタのカウント値に基づいて経過時
   刻を設定し、該経過時刻から終了条件を判定して周期サ
   イクルを管理する周期サイクル管理手段と、 タスク・スケジュールが格納されたタスク・スケジュー
   ル・テーブルを上記経過時刻に基づいて検索し、スケジ
   ュール時間条件並びにタスク変更要求を判定し、その判
   定結果に従ってタスク・トークン・テーブルを変更する
   タスク・スケジュール管理手段と、 この実行制御管理手段により管理されるタスクの実行周
   期タイミングを判定し、その判定結果に基づいて上記タ
   スク・トークン・テーブルを検索し、各誘導・制御構成
   タスクを起床して自システムを休眠させる実行制御管理
   手段と、 高速周期タスク更新データの移行処理タスク並びに低速
   周期タスク更新データの移行処理タスクを起床し、異周
   期タスク間のデータ・インタフェース管理を行なうデー
   タ・インタフェース管理手段と を具備したことを特徴とするリアルタイム・タスク周期
   実行管理システム。