趙麗 李超 王冰 田帥虎 林博軒 徐婧瑤

(航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094)

隨著空間大數(shù)據(jù)在軌應用需求的日益增長以及人工智能技術快速演進，衛(wèi)星使用智能化手段解決空間數(shù)據(jù)的應用需求越來越迫切[1]。為了使空間遙感數(shù)據(jù)更好地服務用戶，開展支持衛(wèi)星智能應用的操作系統(tǒng)設計和驗證工作，有利于加快實現(xiàn)星載操作系統(tǒng)技術自主可控，推動衛(wèi)星智能化程度的發(fā)展。當前主流的嵌入式系統(tǒng)有UCOS[2]、Vxworks[3]、Linux。UCOS為搶占式多任務操作系統(tǒng)，但缺少文件系統(tǒng)支持。Vxworks實時性強，為商業(yè)操作系統(tǒng)，不支持開源。Linux嵌入式系統(tǒng)，支持文件系統(tǒng)，代碼開源，適配于多種處理器，兼容性強，且對于深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能應用支持性較好。對于人工智能應用硬件處理平臺，Nvidia Jetson系列處理器應用廣泛，支持主流的并行計算平臺和編程模型(Cuda)并行計算應用，尤其是NVIDIA Jetson Tegra TX2處理器功耗低、性能強。因此本文基于Linux系統(tǒng)進行在Jetson TX2硬件平臺進行改進設計，形成適用于智能應用的星載操作系統(tǒng)。

國內(nèi)有多位學者對星載操作系統(tǒng)進行了深入的研究，其中文獻[4]對多核處理器的星載分區(qū)操作系統(tǒng)的調度方式進行研究，文獻[5]對小衛(wèi)星星載操作系統(tǒng)內(nèi)核的實時性進行了研究，文獻[6]對衛(wèi)星星載操作系統(tǒng)的容錯機制進行了研究，文獻[7]對星載操作系統(tǒng)的安全機制進行了研究設計。這些研究成果重點關注星載操作系統(tǒng)的調度機制、實時性、容錯機制、安全機制，但是缺少對Linux操作系統(tǒng)用于航天器的研究和工程驗證。而深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能應用深度依賴Linux系統(tǒng)，因此有必要開展基于Linux的星載操作系統(tǒng)專項設計和工程驗證。

從當前國外行業(yè)Linux應用情況來看，國外龍飛船(Dragon)[8]、獵鷹火箭已經(jīng)作為重要核心軟件投入使用Linux系統(tǒng)，充分說明了Linux系統(tǒng)應用于復雜任務航天器的可行性和必要性。基于Linux操作系統(tǒng)的軟件研制能夠催生出代碼完全自主可控的宇航系統(tǒng)軟件，不僅有利于加快天基高速計算的推廣應用，也必將有利于推動國家大數(shù)據(jù)服務體系的技術生態(tài)建設。

本文基于Jetson TX2處理器硬件平臺上開展了Linux的星載操作系統(tǒng)的可靠性設計、高速傳輸設計、智能應用管理框架的設計及編碼實現(xiàn)，并對星載操作系統(tǒng)進行了工程驗證。通過開展面向智能應用的星載操作系統(tǒng)設計，可大幅提高衛(wèi)星的智能應用水平，對于完成深空探測、星群協(xié)作、天基大數(shù)據(jù)服務等復雜宇航任務，具有十分重要的意義。

1 星載智能應用操作系統(tǒng)的設計與改進思路

空間環(huán)境相比地面環(huán)境較為惡劣和復雜，對操作系統(tǒng)的可靠性安全性有著較高的要求。在軌智能應用需要接收高速數(shù)據(jù)，需要操作系統(tǒng)具備強實時性的特征。另外，為了滿足App上注、加載運行的需求，需要專門設計一套智能應用管理框架。當前的地面Linux系統(tǒng)多為單份啟動，出現(xiàn)操作系統(tǒng)故障后沒有自主恢復機制，而且在常規(guī)PCIE(PCI-Express)軟件驅動方面不能實時匹配高速數(shù)據(jù)傳輸，因此需要針對星載操作系統(tǒng)開展專項設計和適應性改進，具體有以下3點。

(1)智能應用所需要的嵌入式系統(tǒng)為大規(guī)模Linux操作系統(tǒng)，啟動流程包含了Uboot引導、Linux內(nèi)核選擇啟動以及文件系統(tǒng)加載，啟動過程較為復雜。為確保操作系統(tǒng)能夠在復雜空間環(huán)境下正常啟動，需要對星載操作系統(tǒng)的啟動關鍵環(huán)節(jié)加強防護，以提升操作系統(tǒng)在無人值守環(huán)境下的可靠性。

(2)星載智能應用所運行的空間環(huán)境對高速數(shù)據(jù)的處理時效性要求更高，需要對操作系統(tǒng)所運行的CPU架構與高速數(shù)據(jù)傳輸流程綜合考慮，增強操作系統(tǒng)的實時性，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸流程，從而提高遙感數(shù)據(jù)的傳輸速度。

(3)為了方便用戶對星載操作系統(tǒng)進行智能應用的管理，需要設計智能應用的管理框架，實現(xiàn)對App的在軌管理模式。同時，為了促進星載智能應用的持續(xù)發(fā)展，增強操作系統(tǒng)生態(tài)建設，需要通過吸納更多用戶、參與者開發(fā)使用App，并不斷拓展衛(wèi)星數(shù)量、星座規(guī)模，最終成長為天基數(shù)據(jù)服務體系的重要組成。

典型星上操作系統(tǒng)如UCOS系統(tǒng)支持的硬件平臺多以單核處理器為主，傳輸總線多以低速CAN總線、中速SpaceWire總線為主，并且對深度學習、神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能軟件環(huán)境支持較差。Vxworks星上操作系統(tǒng)實時性高，但是屬于商業(yè)操作系統(tǒng)，代碼不支持開源。改進后的基于Linux內(nèi)核的星上操作系統(tǒng)支持多核處理器的任務調度和并行計算，具備高速接口PCIE的數(shù)據(jù)傳輸功能，支持主流的人工智能軟件運行環(huán)境及多種App的在軌管理運行，并且開放源碼，代碼自主可控。相對于典型星上操作系統(tǒng)，本操作系統(tǒng)在星上數(shù)據(jù)處理能力、星上數(shù)據(jù)傳輸能力、智能應用的管理能力上有很大優(yōu)勢。

2 星載智能應用操作系統(tǒng)的設計實現(xiàn)

2.1 星載智能應用操作系統(tǒng)設計架構

星載操作系統(tǒng)由系統(tǒng)底層、協(xié)議層、應用層3個部分組成，具體如圖1所示。底層具有強實時和多內(nèi)核冗余的特性，包括Bootloader與Linux內(nèi)核。Bootloader采用引導軟件Uboot，具有開源、硬件支持良好等優(yōu)秀特性。Linux內(nèi)核由實時內(nèi)核和常規(guī)內(nèi)核模塊組成，實時內(nèi)核采用RTLinux[9]實時調度模塊，常規(guī)內(nèi)核采用了穩(wěn)定性和兼容性好的Linux4.9調度常規(guī)內(nèi)核模塊，這樣可以滿足實時任務和非實時任務不同等級的響應要求。

注：Cudnn為神經(jīng)網(wǎng)絡加速庫；GDAL為空間數(shù)據(jù)轉換基礎庫。

協(xié)議層支持動態(tài)更換基礎庫、軟件高速上注、多文件系統(tǒng)冗余，從內(nèi)容上包括自定義基礎庫、公用基礎庫、智能應用基礎庫、星載軟件使用協(xié)議、文件系統(tǒng)。自定義基礎庫為第三方自行定義的庫函數(shù)，公用基礎庫包含libc、libc++等常規(guī)C函數(shù)庫，智能應用基礎庫包括Cuda[10]、Tensor[11]、Opencv[12]等，星載軟件協(xié)議包括斷點續(xù)傳協(xié)議、高速上注協(xié)議、低速遙控協(xié)議、高速傳輸驅動，文件系統(tǒng)采用四份Ext4[13]文件系統(tǒng)進行備份。

應用層具有軟件定義和軟件動態(tài)重構的特性。應用層設計了智能應用管理框架，包括App生命周期管理模塊、遙控遙測管理模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、容器管理模塊。App生命周期管理包括App安裝、App啟動、App停止、App更新、App卸載。遙控遙測管理模塊具備接收地面指令的功能，并對星上健康狀態(tài)進行監(jiān)控下傳。App采用容器建立安全防護機制，數(shù)據(jù)庫負責App數(shù)據(jù)的存儲和記錄。

2.2 星載智能應用操作系統(tǒng)改進設計實現(xiàn)

根據(jù)星載操作系統(tǒng)高可靠、高性能、生態(tài)優(yōu)良、自主可控的需求，設計了Linux操作性系統(tǒng)多分區(qū)可靠啟動策略、自主恢復策略、高速數(shù)據(jù)傳輸策略，并制定了智能應用管理框架設計方案。

2.2.1 多分區(qū)可靠啟動策略與自主恢復策略

為了應對空間復雜環(huán)境可能引起的單粒子翻轉導致數(shù)據(jù)錯誤問題，設計了Linux操作性系統(tǒng)“三取二比對啟動”、“遍歷內(nèi)核啟動”的可靠啟動策略，并能夠在操作系統(tǒng)被破壞的情況下進入“自主恢復模式啟動”，完成內(nèi)核與文件系統(tǒng)的覆蓋恢復。

針對Linux系統(tǒng)的組成結構以及所在運行平臺NVIDIA Jetson Tegra X2存儲器的大小，進行多分區(qū)存儲設計。NVIDIA Jetson Tegra X2存儲器EMMC共32 GByte，存儲了bootloader(Tboot、Cboot、Uboot)、Linux內(nèi)核、Linux文件系統(tǒng)。由于NVIDIA廠商對Tboot、Cboot做了固化，只有Uboot、Linux內(nèi)核、Linux文件系統(tǒng)所在分區(qū)可以修改，因此重新對Uboot、Linux內(nèi)核、Linux文件系統(tǒng)進行分區(qū)設計。本設計方案Uboot存儲一份，Linux內(nèi)核存儲4份(3份常規(guī)存儲與1份備份存儲)，Linux文件系統(tǒng)存儲4份(3份常規(guī)存儲與1份備份存儲)，并對App分區(qū)單獨劃分一塊存儲分區(qū)。其中Linux文件系統(tǒng)存儲分區(qū)大小為5 Gbyte，App分區(qū)存儲大小為10 Gbyte。如圖2所示，圖中黑色箭頭表示Uboot啟動內(nèi)核的過程，紅色箭頭表示內(nèi)核掛載文件系統(tǒng)的過程，綠色箭頭表示文件系統(tǒng)調用App分區(qū)的過程，藍色虛線箭頭表示備份分區(qū)恢復內(nèi)核與文件系統(tǒng)的過程。

圖2 多分區(qū)存儲圖

本操作系統(tǒng)設計了“三取二內(nèi)核比對啟動”、“內(nèi)核遍歷啟動”、“自主恢復模式啟動”3種方式。操作系統(tǒng)啟動失敗后會觸發(fā)硬件看門狗，引起操作系統(tǒng)重新啟動。如圖3所示，“三取二內(nèi)核比對啟動”是操作系統(tǒng)上電后對三份內(nèi)核進行“三取二”比對，比對成功則繼續(xù)啟動對應的文件系統(tǒng)完成啟動流程?！皟?nèi)核遍歷啟動”是操作系統(tǒng)在上電后“三取二內(nèi)核比對”失敗后進入的啟動方式，此時操作系統(tǒng)直接通過選擇內(nèi)核N(N=1,2,3)啟動。如果“三取二內(nèi)核比對啟動”以及“內(nèi)核遍歷啟動”3次啟動后均啟動失敗，則進入“自主恢復模式啟動”流程。自主恢復模式選擇使用備份內(nèi)核及備份文件系統(tǒng)對三份操作系統(tǒng)進行覆蓋恢復，恢復完成后再次進入“三取二比對啟動”方式。操作系統(tǒng)啟動成功后，檢測其他操作系統(tǒng)分區(qū)的文件標記，對于錯誤標記的操作系統(tǒng)分區(qū)使用備份系統(tǒng)恢復正常。

圖3 可靠啟動流程圖

2.2.2 高速數(shù)據(jù)傳輸設計策略

為了增強操作系統(tǒng)的實時性，增加RTLinux實時內(nèi)核的支持，使任務的進程調度延時和關中斷延時大幅下降。在操作系統(tǒng)實時性的基礎上，需要根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒踢M行優(yōu)化，提高操作系統(tǒng)PCIE接口的數(shù)據(jù)傳輸性能。

對于PCIE高速數(shù)據(jù)傳輸設計了3種方式進行優(yōu)化，分別是綁定專用CPU核、用戶態(tài)內(nèi)核態(tài)使用共享內(nèi)存、傳輸數(shù)據(jù)雙緩沖處理。首先，對PCIE高速數(shù)據(jù)讀取模塊綁定特定的CPU核，這樣就減少了Linux操作系統(tǒng)調度CPU的時間，提高了PCIE數(shù)據(jù)的處理性能。其次，對于PCIE高速數(shù)據(jù)讀取模塊讀取到緩存數(shù)據(jù)后，與應用層App交互時采用共享內(nèi)存機制快速傳輸數(shù)據(jù)，減少了PCIE驅動內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的數(shù)據(jù)拷貝時間。

另外開展了PCIE數(shù)據(jù)傳輸緩存數(shù)據(jù)的雙緩沖區(qū)設計，如圖4所示。

圖4 PCIE圖像讀取流程圖

以App讀取圖像數(shù)據(jù)為例，PCIE接口接收到圖像數(shù)據(jù)后進行圖像幀讀取，當緩存1空閑時，PCIE將數(shù)據(jù)寫入緩存1。此時如果有App讀取緩存1數(shù)據(jù)，則將緩存1置為忙碌狀態(tài)，App讀取完數(shù)據(jù)時置緩存1為空閑狀態(tài)。當有新的圖像幀數(shù)據(jù)需要寫入時，PCIE讀取模塊檢測到緩存1為忙碌狀態(tài)，則將讀取的圖像寫入緩存2，并通知用戶態(tài)App接收圖像1。同理，當App讀取緩存2的圖像幀數(shù)據(jù)時，將緩存2置為忙碌狀態(tài)，App讀取完圖像數(shù)據(jù)時置緩存2為空閑狀態(tài)。由于當前操作系統(tǒng)僅允許同一個App讀取緩存圖像數(shù)據(jù)，所以PCIE寫入模塊尋找空閑的緩存區(qū)時不需要等待。這樣既解決了App讀寫緩存數(shù)據(jù)同步的問題，又減少了PCIE的等待時間。

2.2.3 智能應用管理框架設計

智能應用管理框架包含App在軌全生命周期管理、App上注以及App應用方式。通過地面發(fā)送指令星上App可以完成整個生命周期的狀態(tài)改變。App上注可實現(xiàn)地面完整上注、斷點續(xù)傳上注、增量文件上注。App應用模式包含容器應用和數(shù)據(jù)應用。本節(jié)對智能應用管理框架下App任務調度、動態(tài)加載、編譯打包、資源訪問機制進行了分析，同時給出了在軌上注的使用方式以及App的應用方式。

1)基于Linux實現(xiàn)APP任務調度、動態(tài)加載

智能應用管理框架設計了App遙控遙測進程、App管理進程，這兩個功能進程長期在Linux系統(tǒng)后臺運行。App遙控遙測進程負責進行地面指令的解析判斷(如AppN安裝、AppN啟動、AppN更新、AppN卸載、AppN停止)與App狀態(tài)的健康狀態(tài)遙測下傳。App管理進程負責接收App遙控遙測進程消息去執(zhí)行不同的App任務。如圖5所示，App遙控遙測進程通過套接字傳遞過來的方式通知App任務執(zhí)行進程去執(zhí)行不同的任務，App任務執(zhí)行進程通過套接字進程通信的方式通知向App遙控遙測進程記錄AppN的健康狀態(tài)信息，并將App的狀態(tài)信息進行遙測下傳。

圖5 App任務調度

App管理進程接收到App指令接收進程的消息后，根據(jù)消息的種類分別進行了線程創(chuàng)建、進程創(chuàng)建、消息隊列創(chuàng)建。接收到AppN安裝的消息后，創(chuàng)建AppN安裝線程，執(zhí)行App安裝功能；接收到AppN啟動的消息后，由于各個App需要有獨立的存儲空間，所以創(chuàng)建AppN啟動進程，執(zhí)行App啟動功能；接收到AppN更新的消息后，創(chuàng)建AppN更新線程，執(zhí)行App更新功能；接收到AppN卸載的消息后，創(chuàng)建AppN卸載線程，執(zhí)行App卸載功能；接收到AppN停止的消息后，為了考慮節(jié)省資源消耗，采用創(chuàng)建消息隊列的方式，將AppN停止的動作加入消息隊列，按照先后順序分別執(zhí)行多個App的停止功能。從而App管理進程完成了多個App的任務調度和動態(tài)加載、卸載。

2)App編譯打包過程

用戶在地面完成App編譯過程。如圖6所示，App由總線數(shù)據(jù)、計算模型、可執(zhí)行程序、緩沖區(qū)、程序區(qū)、配置數(shù)據(jù)等文件夾組成，文件夾里面分別存放對應的文件。用戶代碼編寫完畢之后，由SDK工具包按照App開發(fā)實例和App編譯指南，在開發(fā)機x86 Linux環(huán)境下由交叉工具編譯鏈進行交叉編譯，生成可執(zhí)行程序文件。最后由SDK開發(fā)工具包進行App打包，從而完成App的地面制作。App注入到星上后，由Linux系統(tǒng)按照進程進行資源調度。

圖6 App地面打包過程

3)App資源訪問、獨立運行機制

對于多個App訪問資源，為了避免App對資源訪問沖突的問題，App管理進程對特定資源訪問設計了鎖機制，當一個App進行該資源訪問時，進行加鎖操作。這樣在當前App進行資源訪問時，其它App無法進行資源訪問，直到當前App資源訪問完畢解鎖操作后，其它App才能進行資源訪問。

為了保證App進行圖像數(shù)據(jù)處理后發(fā)送出各自獨立的數(shù)據(jù)，App發(fā)送接口采用加鎖操作。如圖7所示，當一個App發(fā)送處理結果數(shù)據(jù)時，進行加鎖操作，這時其它App發(fā)送處理結果時就要等當前App發(fā)送完畢解鎖后再進行發(fā)送操作，從而避免了發(fā)送數(shù)據(jù)亂幀的現(xiàn)象。

圖7 App資源訪問鎖機制

對于同一個App的安裝、啟動、停止、更新、卸載，App管理進程對同一個App的這些動作設計了線程加鎖處理，保證每個動作完成之后再執(zhí)行其他動作，如圖8所示。當收到AppN的安裝動作時，去獲取AppN的線程鎖，若沒有該App的其它動作，則能獲取成功，則執(zhí)行該App的安裝操作。當該App正在安裝時，收到該App的啟動操作，AppN取獲取線程鎖。由于AppN在安裝過程中，還未釋放AppN的線程鎖，因此App啟動的指令需要等待App安裝完成之后執(zhí)行。

圖8 多個App鎖機制過程

4)App在軌上注模式

操作系統(tǒng)支持用戶發(fā)送指令數(shù)據(jù)進行App在軌上注與在軌管理，包含“進入上注模式”、“開始App高速上注”、“結束App高速上注”、“退出上注模式”、“AppN安裝”、“AppN啟動”、“AppN停止”、“AppN升級”、“AppN卸載”，指令碼字設計見表1。

表1 App管理指令

星載操作系統(tǒng)接收地面注入的App完成在軌上注。上注的方式分為整體上注、斷點續(xù)傳上注、增量文件上注。對于占用空間較小的App，可以在衛(wèi)星過境時間內(nèi)完成整體上注。如果衛(wèi)星過境時間內(nèi)App無法完成整體上注，則可以選擇斷點續(xù)傳上注，等衛(wèi)星下次過境時再次上注。對于只需要改變App的某個配置文件或增加一個腳本文件，可以選擇增量文件上注。

5)App的應用方式

為了減少App與操作系統(tǒng)的耦合性，設計了容器應用模式，App出現(xiàn)異常時，不會影響操作系統(tǒng)的正常運行。用戶上注的App首先進入到測試容器環(huán)境中，經(jīng)過規(guī)定時間驗證正確后再執(zhí)行在軌任務。

傳統(tǒng)星載操作系統(tǒng)受限于存儲空間和CPU的性能，使用文件系統(tǒng)較少，遙測數(shù)據(jù)多存儲在內(nèi)存中?；贚inux的星載操作系統(tǒng)支持文件系統(tǒng)，對于數(shù)據(jù)存儲讀寫，可以使用數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)供在軌任務使用。數(shù)據(jù)庫可存儲多種遙測數(shù)據(jù)，包括實時遙測、延時遙測、重點遙測，為星載樣本訓練、自主健康管理、行為預測等智能應用提供了便利手段，解決了衛(wèi)星難以實現(xiàn)長期有效數(shù)據(jù)分析的難題。

3 星載智能應用操作系統(tǒng)驗證情況

3.1 驗證方案及驗證環(huán)境

根據(jù)航天器在軌數(shù)據(jù)實時計算任務對Linux操作系統(tǒng)的測試需求，搭建了星載操作系統(tǒng)單機測試環(huán)境。由于NVIDIA Jetson Tegra X2硬件平臺具備性能高、功耗低的特點，因此本驗證環(huán)境單機采用由四核NVIDIA Jetson Tegra X2模塊組成的電性產(chǎn)品。其它硬件測試環(huán)境還包括地檢設備及穩(wěn)壓源。軟件測試環(huán)境包括操作系統(tǒng)組件(部署在星上)、部署地檢設備(Ubuntu1804)、Linux測試平臺(LTP)開源測試套件，見表2。

表2 驗證環(huán)境

3.2 驗證測試情況

該星載操作系統(tǒng)運行在單機測試環(huán)境，進行了可靠啟動、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋葘y試、智能應用的管理測試、操作系統(tǒng)的壓力測試。

1)可靠啟動策略與自主恢復策略測試

根據(jù)可靠啟動及自主恢復機制的設計思路，分別進行了正常啟動、故障注入測試。同時，針對操作系統(tǒng)應用程序的內(nèi)存泄漏進行可靠性測試。測試結果見表3。

表3 可靠性測試項目及結果

2)高速數(shù)據(jù)傳輸測試

該高速數(shù)據(jù)傳輸測試中PCIE選用2.0版本，如圖9所示，斜線圖為改進前的PCIE驅動的傳輸速率，灰色圖為改進后的PCIE傳輸速率。改進后的傳輸速率平均值為8.36 Gbit/s，改進前傳輸速率為6.08 Gbit/s，傳輸速率提高了37%。

圖9 PCIE傳輸比對表

3)智能應用管理框架測試

對智能應用管理框架進行了App上注、App管理、數(shù)據(jù)庫應用、軟件重構的測試，見表4。App上注對上注數(shù)量和上注方式進行了測試，并對App的管理功能(安裝、啟動、停止、更新、卸載)進行了驗證。數(shù)據(jù)庫應用測試采用SQLite工具，測試了空間遙感數(shù)據(jù)的插入、刪除、更新、查詢功能。軟件重構功能完成了應用程序和配置文件的更換測試，應用程序包括遙控遙測模塊、App管理模塊，配置文件包括App配置文件、操作系統(tǒng)配置文件。

表4 管理框架測試

4)壓力測試

對操作系統(tǒng)通過Linux測試平臺(LTP)測試環(huán)境進行壓力測試，可以獲取到資源利用率的情況。本測試選擇8點到22點之間共8個時間段的測試結果，如圖10所示。

圖10 進程負載情況

從圖10測試結果可知，用戶進程負載、內(nèi)核進程負載、IO進程負載、空閑進程負載、內(nèi)存占用情況。其中系統(tǒng)運行時用戶進程最大CPU占用率為96.05%，內(nèi)存最大占用為76.2%，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

4 結束語

本文從星載智能應用的可靠性、安全性、好用易用性需求出發(fā)，對Linux進行改進設計。經(jīng)過單機功能性能測試及整星各個階段的工程驗證，改進后的星載操作系統(tǒng)的功能性能提升明顯，滿足了工程預定目標。設計的星載操作系統(tǒng)對整星數(shù)管系統(tǒng)的星上數(shù)據(jù)處理能力、星上數(shù)據(jù)傳輸能力、星上智能化應用模式都有較大整體性促進作用。對于高算力硬件平臺，基于Linux內(nèi)核的星載操作系統(tǒng)通過多核調度和并行計算，提高了數(shù)管系統(tǒng)的星上算力水平和數(shù)據(jù)處理能力。改進后的星上操作系統(tǒng)可支持PCIE接口高速傳輸數(shù)據(jù)，提高了數(shù)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能和數(shù)據(jù)吞吐量。在軟件重構功能上，改進后的星上操作系統(tǒng)支持多種智能應用的上注與在軌管理，實現(xiàn)了數(shù)管系統(tǒng)軟件定義衛(wèi)星的理念。

本系統(tǒng)基于NVIDIA Jetson Tegra TX2處理器平臺和Linux開源操作系統(tǒng)，開展支持衛(wèi)星智能應用的操作系統(tǒng)設計，具有自主可控、兼容性廣泛、輕量化、普適性強的特點?；贚inux開源分支進行改進設計，代碼自主可控。本操作系統(tǒng)除了適用于NVIDIA Jetson Tegra TX2處理器，也可兼容NVIDIA Jetson Tegra系列的多種處理器平臺。經(jīng)過裁剪，本操作系統(tǒng)去除應用基礎庫占用大小為52 Mbyte，適用于多種智能應用場景，為多種智能應用提供了一個平臺。下一步將開展星載操作系統(tǒng)人工智能應用、并行計算的研究，使得操作系統(tǒng)能更高好的發(fā)揮應用效能。