基于SpaceOS的工控机跨平台SMP多核移植与应用-AET-电子技术应用

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。

关键词： SpaceOS操作系统 SMP多核复旦微FMQL45 工控机

中图分类号：TP316 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257626
中文引用格式： 张潇锐，徐建，谭彦亮，等. 基于SpaceOS的工控机跨平台SMP多核移植与应用[J]. 电子技术应用，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

工业控制计算机（工控机）作为自动化系统的核心处理单元，其性能、可靠性与实时性直接决定生产流程的效率、精度与安全。随着智能制造、工业物联网等战略的深入推进，工业现场对工控机提出了更高的要求：一方面，需要其处理复杂控制算法、实时采集与分析大量异构数据以及进行高速网络通信；另一方面，必须保证其在严苛工业环境下的高可靠、强实时响应能力，满足确定性控制周期的要求。

然而，传统的单核处理器工控机或运行通用操作系统（如Windows、Linux）的解决方案，在应对上述问题时仍存在显著瓶颈：一方面，单核处理能力有限，难以满足复杂算法和大数据处理的算力需求。另一方面，通用操作系统通常采用分时调度策略，任务调度具有不确定性，实时性不足，难以保证关键控制任务的严格截止时间要求[1-2]。

对称多处理（Symmetric Multi-Processing,SMP）架构通过集成多个同构计算核心，共享系统内存和I/O资源，为突破单核算力限制、提升多任务并行效率提供了有效途径。星载计算机实时操作系统（SpaceOS）在我国航天领域应用广泛，以其内核精简、可确定性调度、低延迟中断响应、高可靠性等核心特性，成为满足工业控制严格实时性需求的理想基础软件平台。复旦微FMQL45处理器是国内首款可替代Xilinx ZYNQ7045的国产化方案，采用ARM+FPGA异构设计，兼顾通用计算与硬件加速，四核ARM可支持SpaceOS等操作系统，处理复杂控制逻辑。

因此，研究并实现SpaceOS在支持SMP架构的复旦微FMQL45硬件平台工控机上的高效移植与应用，具有重要的理论价值和现实意义。

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作者信息：

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，北京 100090）

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