天脉操作系统体系化发展纪实

中国航空报讯：万物互联的核心是设备的信息化、网络化和智能化，基础是计算机资源的高度综合化管控，而嵌入式操作系统是实现万物互联的关键。天脉操作系统作为一款嵌入式操作系统，是直接运行在嵌入式设备“裸机”上的基础软件，为其他应用提供强实时、高可靠、高安全的运行平台。可以说，天脉操作系统既是实现机载信息设备互连融合的基础平台，也是实现关键装备运行安全的基础保证。

砥砺奋进 不断实现零的突破

2014年7月，航空工业计算所自主研制的天脉操作系统成功定型，在我国基础软件研制方面具有里程碑意义。

20世纪90年代末，我国机载设备开始大量采用国外操作系统产品，核心技术受制于人。软件平台始终处于“不清楚、不好用、不能改、无服务”的窘迫局面，飞机的信息安全根本无从谈起。作为计算机领域的专业研究所，计算所感受最直接也最深刻。“无论多么先进的东西都是人做出来的，我们的智商并不比别人低，面对机载操作系统这座大山，我们就是累死也要推平它！”时任计算所所长的罗秋生向软件研制团队下达了攻坚命令。2002年春，计算所组建团队启动操作系统研究，从软件基本内核开始，在归纳需求、搭建架构、优化内核等方面进行探索和攻关。

2004年，天脉操作系统完成原型开发。为了加大对研制操作系统的支持力度，计算所对研究室业务进行了调整，将“赚钱”的任务从操作系统研究室剥离，要求研制团队以“板凳要坐十年冷”的心态，全身心投入操作系统的论证和开发工作。

2008年，计算所全面启动了操作系统的研制、测试和应用验证工作。为保障软件质量，项目团队引入了先进的国际适航理念，按照软件适航A级标准进行过程管控；系统梳理了航空装备对操作系统的应用需求，形成了完整、全面的需求跟踪矩阵；持续开展了多轮次测试验证，确保软件功能性能满足研制要求。

2014年7月，天脉操作系统实现了我国机载操作系统零的突破，终结了机载操作系统产品依赖进口的历史。随后，天脉操作系统取得系列新突破：2014年11月入选《国产关键软硬件合格目录》；2016年入选重点推荐产品；2017年荣获第19届中国国际工业博览会金奖；2018年入选“陕西省重点推荐产品”；2019年荣获中国先进技术转化应用大赛银奖。天脉操作系统的研制，大幅提升了我国航空装备的自主保障能力，为航空装备的信息安全提供了有力保证，为我国基础软件的自主保障、自主发展奠定了基础。

技术引领 完善天脉产品谱系

天脉操作系统是计算所精心培育的孩子。天脉团队以国家需要为目标，坚持守正创新，制定了完整的技术发展路径，明确了严格的产品研发规程，持续加大研发投入，推动天脉操作系

统产品系列化、谱系化发展。

天脉团队紧盯国内外发展趋势，关注用户多样化的需求，以先进技术为引领，一方面持续深耕现有技术和产品，不断优化用户使用体验，满足新增应用需求；另一方面积极开辟新技术新产品，深入分析各类型应用场景的需求，增加团队技术创新投入，先后突破了层次分离技术、周期任务管理技术、兼容包技术、时/空分区隔离技术、分区操作系统架构等技术，形成了微内核、分区、多核、虚拟化、混合安全、软硬件深度适配、一体化工具平台、高安全软件开发等嵌入式操作系统技术簇，实现了操作系统产品的不断迭代升级。

天脉团队按照完全自主开发、自主供给、与国际接轨的发展路径，面向全类型航空装备应用进行产品开发，应用规模实现了从单架飞机模块级试点到多型飞机分系统级、整机级的批量应用，产品功能、性能赢得了用户的认可。

同时，天脉团队持续加大民用领域的拓展，以C919国产大飞机、AC312E直升机、轨道交通为代表的民用项目相继落地，先后完成了天脉操作系统的适配和应用验证工作，形成完整的天脉操作系统适航材料包，以过硬的产品质量赢得了用户的认可。

创新赋能 攻坚多核操作系统

近10年来，多核处理器芯片在嵌入式各领域逐步得到广泛应用，新一代的航空电子系统也开始探索多核处理平台的应用。自2017年开始，天脉团队密切跟踪行业发展需要，重新出发，迅速启动多核操作系统研究工作，研制适用于国产多核处理平台、满足多种应用场景下的新型机载嵌入式操作系统及配套开发环境。

从单核到多核，天脉操作系统面临功能更复杂、软件规模更大、接口数量更多、研制周期更短等多方面的挑战，不仅需要在硬件支持层面提供多核处理器的支持能力，还要从操作系统核心、组件、部署、调试、运行等各个方面全方位地提供多核的支持能力，尤其是机载操作系统对安全性、可靠性、确定性的高标准要求，让操作系统产品的研制难度呈指数级跃升。

守正创新、玉汝于成。天脉团队针对国产多核处理平台的技术特征，在深入分析多核操作系统应用场景的基础上，开展操作系统内核与多核处理器平台的深度适配，梳理出统一内核架构的微内核设计技术、基于保护域的多核调度技术、多核多用户并行调试技术、64位空间管理与访问、三态安全访问技术以及多核的确定性分区与设计技术等关键技术清单，实现了处理器支持从单核到多核的跨越，同时将机载软件访问的地址空间范围由32位提升到64位；积极践行“开放、兼容、精细、拼搏”的创新文化理念，组建了跨部门、跨专业的党员联合攻关突击队，集中优势力量展开技术攻关，逐一突破了关键技术难题，成功研制出多核操作操作系统原型。

2021年，天脉多核操作系统及开发环境项目成功立项，启动型号工程化研制工作。为加速软件开发、确保产品质量、尽快投入应用，天脉团队创新研发流程，通过“明确工作目标、细化任务需求、开发测试并行”的项目管理模式，对多核操作系统研制工作实施精准管控，大幅缩短了软件研制周期，保证了项目研制进度。

随着新一代机载应用任务的规模、复杂度的急剧提升，在操作系统能力满足的基础上，天脉团队以用户需求为牵引，对操作系统运行时库、文件系统、网络协议栈、多核通信组件等能力组件，提供完整能力支持。与此同时，为高效支持机载应用软件的快速开发、调试、部署及运行，实现机载应用在外场快速升级与维护等能力，天脉团队研发了配套开发环境，提供满足设计、开发、综合、维护等活动的完备工具集，以支撑大规模复杂软件全生命周期开发要求，降低应用开发的成本与周期，实现对各类新型飞机的各种应用场景的有力支持。

针对蓬勃发展的万物互联趋势，天脉团队以开放的心态，积极探索与开源生态、国产平台的融合。天脉与多家芯片企业、中间件企业建立兼容认证和协作发展的合作模式，推动天脉的生态实践，先后实现对飞腾、龙芯等处理平台，数据库、图形等软件中间件的适配。结合嵌入式特点，与行业新技术接轨，提出并进行了安全关键嵌入式容器的研发，该技术属于前沿创新，将有力促进装备的技术发展与革新。

创新正当时，奋进新时代。随着天脉多核操作系统产品完整能力基线的研制完成，将诞生形成满足新一代航空武器装备需求的多核操作系统产品，进一步拓展天脉操作系统产品谱系。天脉团队将始终专注于航空基础软件的探索与研制，紧跟科技发展的步伐，保障祖国国防装备事业的发展。