《電子技術應用》
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基于SpaceOS的工控机跨平台SMP多核移植与应用
电子技术应用
张潇锐，徐建，谭彦亮，李明洋，韩朝君，张锦坤，李振
北京控制工程研究所
摘要： 面向航天及工业控制等领域计算机实时性要求高、数据处理量大、通信速度快、运行任务复杂等需求，采用可编程融合芯片实现基于星载计算机实时操作系统SpaceOS的跨平台SMP多核移植。首先，选用FMQL45作为软硬件平台，移植SpaceOS操作系统，实现板级支持包、任务调度等功能。进一步，设计了一种基于FMQL45平台的多核SMP方案，进行多核内存分区、堆栈配置、中断响应、任务管理等，通过核间中断、共享内存等方式实现多核之间的同步与通信。最后，设计并实现典型的SMP多核工程，构建IAR开发环境与I-Jet调试器的调试体系，进行功能及性能测试，验证了系统的多核处理能力。
中圖分類號：TP316 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257626
中文引用格式： 張瀟銳，徐建，譚彥亮，等. 基于SpaceOS的工控機跨平臺SMP多核移植與應用[J]. 電子技術應用，2026，52(3)：113-120.
英文引用格式： Zhang Xiaorui，Xu Jian，Tan Yanliang，et al. SMP multicore porting and application for industrial control computer platform based on SpaceOS[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(3)：113-120.
SMP multicore porting and application for industrial control computer platform based on SpaceOS
Zhang Xiaorui，Xu Jian，Tan Yanliang，Li Mingyang，Han Chaojun，Zhang Jinkun，Li Zhen
Beijing Institute of Control Engineering
Abstract： Targeting the demanding requirements of aerospace and industrial control fields, including high computing real-time performance, massive data processing, high-speed communication, and complex task execution, this paper implements cross-platform Symmetric Multi-Processing (SMP) multicore porting of SpaceOS, a real-time operating system for spacecraft computers, using programmable fusion chips. First, the FMQL45 platform is selected as the hardware/software foundation for porting SpaceOS, enabling core functionalities such as the Board Support Package (BSP) and task scheduling. Subsequently, an SMP multicore solution is designed for the FMQL45 platform, incorporating multicore memory partitioning, stack configuration, interrupt handling, and task management. Cross-core synchronization and communication are achieved through inter-core interrupts (IPI) and shared memory. Finally, a representative SMP multicore engineering project is developed, establishing a debugging framework with the IAR Embedded Workbench IDE and I-JET debugger. Functional and performance tests validate the system’s multicore processing capabilities.
Key words : SpaceOS；symmetric multi-processing；FMQL platform；industrial control computer

引言

工業(yè)控制計算機（工控機）作為自動化系統(tǒng)的核心處理單元，其性能、可靠性與實時性直接決定生產(chǎn)流程的效率、精度與安全。隨著智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等戰(zhàn)略的深入推進，工業(yè)現(xiàn)場對工控機提出了更高的要求：一方面，需要其處理復雜控制算法、實時采集與分析大量異構數(shù)據(jù)以及進行高速網(wǎng)絡通信；另一方面，必須保證其在嚴苛工業(yè)環(huán)境下的高可靠、強實時響應能力，滿足確定性控制周期的要求。

然而，傳統(tǒng)的單核處理器工控機或運行通用操作系統(tǒng)（如Windows、Linux）的解決方案，在應對上述問題時仍存在顯著瓶頸：一方面，單核處理能力有限，難以滿足復雜算法和大數(shù)據(jù)處理的算力需求。另一方面，通用操作系統(tǒng)通常采用分時調度策略，任務調度具有不確定性，實時性不足，難以保證關鍵控制任務的嚴格截止時間要求[1-2]。

對稱多處理（Symmetric Multi-Processing,SMP）架構通過集成多個同構計算核心，共享系統(tǒng)內存和I/O資源，為突破單核算力限制、提升多任務并行效率提供了有效途徑。星載計算機實時操作系統(tǒng)（SpaceOS）在我國航天領域應用廣泛，以其內核精簡、可確定性調度、低延遲中斷響應、高可靠性等核心特性，成為滿足工業(yè)控制嚴格實時性需求的理想基礎軟件平臺。復旦微FMQL45處理器是國內首款可替代Xilinx ZYNQ7045的國產(chǎn)化方案，采用ARM+FPGA異構設計，兼顧通用計算與硬件加速，四核ARM可支持SpaceOS等操作系統(tǒng)，處理復雜控制邏輯。

因此，研究并實現(xiàn)SpaceOS在支持SMP架構的復旦微FMQL45硬件平臺工控機上的高效移植與應用，具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。


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作者信息：

張瀟銳，徐建，譚彥亮，李明洋，韓朝君，張錦坤，李振

（北京控制工程研究所，北京 100090）

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