Компьютерра - Компьютерра PDA N125 (30.07.2011-05.08.2011)

Многочисленные успешные миссии Space Shuttle на практике доказали правильность выбранного в NASA подхода для создания одной из самых сложных программных систем авионики - PASS (Primary Avionic Software System).

Приступая к проектированию программной системы Space Shuttle, руководство NASA имело возможность постоять на распутье, выбирая между уже имеющимися наработками, доказавшими свою состоятельность в пилотируемых полётах проекта Apollo, или разработкой с чистого листа.

Программированием компьютеров AGC (Apollo Guidance Computer) для лунных путешествий занималась лаборатория Дрепера, расположенная в Кембридже и относящаяся к Массачусетскому Технологическому Институту. Программная система компьютеров AGC разрабатывалась с использованием языка ассемблера. И эффективность этого подхода у специалистов не вызывала сомнений. С помощью ассемблерного кода можно виртуозно управлять вычислительным процессом, наиболее эффективно используя каждый байт памяти. Но у такой оптимизации имеется и обратная сторона: процесс разработки лабораторией Дрепера ассемблерных программ для проекта Apollo ни разу не уложился в отведённые сроки. А в случае обнаружения в уже разработанной программе ошибок её переработка превращалась в длительный процесс совместной работы инженеров NASA и программистов Дрепера, полный взаимных упрёков и препирательств.

И это при том, что миссии Apollo были сугубо специализированными. Проект же Space Shuttle предполагал создание многоцелевого космического аппарата, гибко подстраивающегося под текущие потребности NASA. Перепрограммирование компьютерной системы шаттла для каждой новой миссии должно быть быстрым, и язык ассемблера для такого случая был совершенно не пригоден. Именно поэтому руководитель отдела программирования NASA Ричард Партен принял решение использовать язык высокого 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 былу 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".