уровня. Этим он навлёк на себя 'праведный' гнев ортодоксальных системных программистов, искренне считающих, что никакая программа на высокоуровневом языке по скорости исполнения не сравнится с ассемблерным кодом. В пример приводились многочисленные соревнования ассемблера и популярного тогда языка FORTRAN, в которых последний выглядел явным аутсайдером.
Но Партен и не предлагал использовать FORTRAN. Его выбор пал на разработку выходцев из лаборатории Дрепера, в 1969 году основавших компанию Intermetrics Inc. Созданный ими язык высокого уровня назывался HAL/S и, благодаря поддержке векторной арифметики и возможности планирования программистом уровней приоритета модулей программы, идеально подходил для создания кода компьютеров GPC космического челнока.
По просьбе NASA специалисты Intermetrics включили в синтаксис HAL/S специальные операторы, делающие возможной разработку программ реального времени. Оператор SCHEDULE позволял точно определить частоту смены процессов в многозадачном режиме работы системы, операторы TERMINATE/CANCEL - антагонисты SCHEDULE занимались приостановкой и принудительным завершением процессов, а оператор WAIT обеспечивал их приостановку в случаях, когда операции ввода/вывода неоправданно затягивались.
Пример исходного кода для системы PASS на языке HAL/S
Чтобы доказать правильность своего выбора, Партен решил организовать соревнования. Тестовая задача, выданная NASA лаборатории Дрепера и компании Intermetrics, должна была быть выполнена в строго отведённый срок и показать высокую производительность. Вот тут-то HAL/S и показал себя во всей красе. Решение на нём было готово задолго до отведённого 'времени Ч', и при этом его производительность была всего на десять процентов ниже ассемблерного решения (которое, как обычно, было разработано с опозданием). Чуть позже, рассказывая о выборе HAL/S, Партен сказал: 'Если бы мы тогда начали использовать ассемблер, то до сих пор бы торчали на Земле'. Красноречиво, ничего не скажешь.
Вот так компьютеры шаттлов заговорили на HAL/S. Кстати, его название ничего общего с известным компьютером-психопатом из кларковско-кубриковской 'Космической одиссеи 2001 года' не имеет. Эта аббревиатура означает всего-навсего Higher Avionic Language. Ну а литера 'S' говорит о том, где язык применялся (Shuttle).
К середине 1973 года, выбрав язык разработки, в NASA определились с контрактами на создание PASS. Поскольку основной контракт на производство челноков был у компании Rockwell Corporation, последняя, естественно, посчитала, что будет создавать шаттлы, включая и программное обеспечение для них, единолично. Тем более что опыт разработки систем авионики для реактивных самолётов у Rockwell был немалый.
Но не тут-то было. Контракт на создание челночного софта NASA разделила между Rockwell и... IBM. Определённый резон в этом был: несмотря на то что, по предварительным оценкам, объём программного обеспечения для шаттлов был значительно меньше, чем для проекта Apollo, разнообразие программ и высочайшие требования к отказоустойчивости системы были таковы, что одной, пусть и опытной компании, справиться с задачей было не под силу. IBM предоставляла для проекта свои компьютеры AP-101, и уровень квалификации её программистов был нисколько не хуже уровня сотрудников Rockwell. Ещё одним немаловажным фактором, определившим выбор в пользу Голубого гиганта, была территориальная близость штаб-квартиры IBM и космического центра имени Джонсона. NASA, намучившись с проектом Apollo, программисты которого располагались в далёком Кембридже, посчитала, что разработчиков лучше иметь под боком.
Итак, 10 марта 1973 года космическое агентство заключило контракт с компанией IBM, которая выступала в качестве головного подрядчика программной системы PASS. Поскольку программисты IBM не сильно смыслили в авионике, им в помощь придавались ударные силы разработчиков Rockwell. Ну и в качестве консультирующией стороны, имеющей опыт разработки космического софта, привлекалась лаборатория Дрепера.
Участие в проекте множества рабочих групп легко могло привести к хаосу и бесконечным, бессмысленным сражениям и 'перетягиванию одеяла'. Поэтому в NASA чётко разграничили полномочия участников проекта, определив, какие типы документов делает каждый из них. Было предложено использовать три уровня документов, обозначавшихся соответственно 'А', 'В' и 'С'. Документы уровня 'А' разрабатывались программистами IBM и содержали описание общей структуры системы PASS и функции её базовых модулей. Уровень 'В' тоже создавался айбиэмовцами, но при поддержке специалистов из Intermetrics. В этих документах структура и функции модулей детализировались вплоть до конкретных параметров и используемых структур языка HAL/S. За уровень 'С' отвечали разработчики Rockwell. Используя свой опыт проектирования систем авионики, они предлагали конкретную реализацию той или иной подпрограммы. Зачастую излишне конкретную. Как сказал один из участников проекта, видимо, из-за срыва единоличного контракта ребята из Rockwell давали бумаги, описывающие не 'что делать', а 'как делать'.
Один из многочисленных документов уровня 'С' для первой (STS-1) миссии шаттла
Такое разделение полномочий в реализации сложного проекта позволило поддерживать заданные сроки реализации и концептуальную целостность системы PASS. Чуть позже подобный подход станет широко применяться в CASE-системах. Впрочем, этот подход не спас проект от перерасхода бюджета. Вместо запланированных изначально двадцати миллионов долларов проектирование PASS 'скушало' ровно в десять раз больше.
Что же собой представляет PASS? Как и в случае любой другой программной среды, PASS включает в себя системные и прикладные компоненты.
К системным относятся: операционная система FCOS (Flight Computer Operational System) и интерфейс пользователя, позволяющий астронавтам взаимодействовать с PASS. Пользовательские же программы весьма разнообразны и могут меняться от миссии к миссии. Среди них есть и 'долгоиграющие' варианты, например софт для ориентации, навигации и управления кораблём в полёте (GN&C - Guidance, Navigation, Control) и для управления и проверки таких систем корабля, как шасси, двигатели, грузовой отсек и роботизированный манипулятор (SM - System Management и VCO - Vehicle CheckOut). К прикладным программам относился и софт, специфичный для каждого этапа миссии.
Обобщённое представление архитектуры операционной системы FCOS
Сердцем всей системы, естественно, является FCOS. Приступая к её проектированию, в NASA вели длительные споры об архитектуре ядра этой системы. Компания Rockwell настаивала на архитектуре с разделением времени, где для каждого процесса выделяется квант времени длительностью сорок миллисекунд. IBM совместно с Intermetrics предлагала систему реального времени, в которой прерывание работы процессов выполнялось по приоритетам. Резон был и том и в другом предложении. В результате FCOS получилась гибридной. Основной цикл работы её диспетчера составляет 960 миллисекунд. В рамках этого 'медленного' цикла выполняется множество высокочастотных циклов длительностью в 40 миллисекунд каждый. В том случае, если при выполнении программы появляется процесс с более высоким приоритетом, программа немедленно прерывается с сохранением своего слова состояния (PSW - Program Status Word). Программы, ожидающие завершения операций ввода-вывода, помещаются в очередь низкоприоритетных с постепенным повышением приоритета. Такой подход позволил реализовать в FCOS режим выполнения задач, близкий к реальному времени. Стоит напомнить, что за окном был 1975 год и многозадачность с разделением времени только набирала обороты.
Компоненты FCOS в деталях
FTOS была полностью разработана на ассемблере и занимала всего 35 килобайт ферритовой памяти AP-101, резидентно находясь в ней на протяжении всей миссии. Программы GN&C, SM и VCO создавались на HAL/S и составляли так называемую базу главных функций (MFB - Major Function Base).
Для программ, специфичных для каждой миссии, оставалось всего сто шесть килобайт памяти. Совсем немного, учитывая количество всего необходимого. Благо запускались программы поочередно и потому были
