实时系统是一类能够在确定的时间内执行计算或处理事务并对外部事件做出响应的计算机系统。实时系统往往和控制应用紧密结合,用于实时控制,形成实时控制系统。实时系统中通常同时存在多个计算任务,这些计算任务共享计算平台资源时,需要进行资源分配,以调度的方式进行资源共享。任务调度有可能导致计算任务不能及时获得所需的资源,产生计算延迟。在控制领域,因调度引起的延迟会导致控制任务出现非严格周期执行的情况,甚至可能因延迟过大导致控制不稳定。因此,应当综合考虑计算领域和控制领域,进行调度和控制的协同设计。本文基于计算领域的系统可调度性分析理论,采用控制性能导向的调度参数优化方法进行系统的调度-控制协同设计。本文将控制性能导向的调度参数设计问题数学建模为限制条件下的参数优化问题,其中系统可调度、控制稳定是约束条件,系统的控制性能是优化目标。选择机载实时系统作为研究对象,按照系统由联邦架构到综合模块化航电(IMA)架构、未来可能采用多核计算平台的发展历程,研究了传统嵌入式实时系统,分区实时系统和多核、分区实时系统这三种不同特征的系统。主要的研究内容和创新点如下:(1)对于传统嵌入式实时系统,研究了当系统采用最早时限优先算法调度时的调度参数优化问题。分析了控制任务的控制性能关于调度参数的函数表征,选择任务的周期参数和截止期参数作为可变参数,以关于这两个参数的控制性能函数作为目标函数、以系统可调度作为参数约束条件,建立了参数优化问题的数学模型。在该问题中,系统可调度约束使得参数相互耦合,可行空间较为复杂。提出了一种近似参数优化算法,将周期参数和截止期参数视作无差别参数进行优化调整。实验结果表明本文提出的方法能够更好地处理参数耦合问题,优化系统的控制性能。(2)研究了广泛应用于IMA中的ARINC 653分区实时系统的可调度性判定问题。基于负载请求与平台资源提供能力的供需约束关系分析,提出了系统可调度的判定依据。该判据结合了ARINC 653系统的特点,是系统可调度的充分必要条件。同时,为以软件仿真运行的方式辅助进行系统的可调度性检测,开发了基于接口仿真的IMA软件仿真虚拟环境,能借助普通计算设备提供ARINC 653规范定义的分区调度执行环境。该虚拟环境可用于ARINC 653系统分区应用的开发,辅助检测系统的可调度性,已成功应用于某重大型号工程。(3)研究了ARINC 653分区实时系统中与可调度判定对立的主时间框架设计问题。首先基于可调度分析导出了周期资源分区模型所需的分区周期参数、执行时间参数;然后提出了MFBF分区调度算法用于分区间调度,将分区间调度的结果作为主时间框架。上述两个步骤能够为若干分区应用生成ARINC 653系统的主时间框架。实验结果表明,MFBF算法能够减少分区时间窗口的切换次数,减少系统开销。进一步研究了当分区中存在控制任务时分区调度参数的优化问题。以分区的周期和利用率作为可变参数,推导了系统控制性能关于这两个参数的函数表征,建立了限制条件优化问题数学模型,分析求解了该优化问题并实验验证了该优化模型的可行性。(4)研究了多核、分区调度的IMA实时系统的主时间框架设计问题。多核平台下的时间资源分区允许包含多个核心并行的时间窗口,分区内的任务在分区时间窗口内进行多核全局式调度。提出了基于二分搜索的分区模型参数计算方法,用于求解分区内任务集合可调度情况下分区模型所需的最少资源参数;探讨了通过选择模型参数优化系统控制性能的一般方法;对于分区间集成问题,采用将分区模型分解为任务集合进行调度的方式进行模型集成。结合多核周期资源(MPR)分区模型案例生成了多核IMA的主时间框架,展示了框架生成方法的可行性。