??? 摘? 要: 實現(xiàn)跟蹤雷達系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的實時通訊,重點是信號處理" title="信號處理">信號處理子系統(tǒng)中信號處理板" title="信號處理板">信號處理板和網絡間的實時通訊。在實時操作系統(tǒng)" title="實時操作系統(tǒng)">實時操作系統(tǒng)VxWorks平臺下,編寫PCI設備的驅動程序和網絡通訊程序,以完成通訊功能。VxWorks的高可靠性和強實時性" title="實時性">實時性在應用中得到了充分的驗證,在VxWorks平臺的支持下,信號處理子系統(tǒng)完成了信號處理板和網絡之間的實時通訊。?

　　關鍵詞: VxWorks? 跟蹤雷達? PCI? 網絡通訊?

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　　跟蹤雷達在跟蹤高速目標時,需要有足夠快的反應速度,這不僅對它自身的硬件系統(tǒng)的實時性要求較高,而且對相應軟件系統(tǒng)的實時性要求也較高。用實時操作系統(tǒng)VxWorks作為跟蹤雷達系統(tǒng)中的操作系統(tǒng),可以滿足軟件對實時性的需求。?

　　本系統(tǒng)中,跟蹤雷達各分機設備在相應處理計算機、控制計算機控制下協(xié)調工作,完成對目標的跟蹤和測量雷達的引導,各分控計算機之間通過以太網接口相互通訊。跟蹤雷達軟件按功能分為主控、顯示、信號處理、伺服控制、高頻控制、光電控制六個子系統(tǒng),分別對應不同的計算機。其中主控、信號處理、伺服控制、高頻控制、光電控制子系統(tǒng)上都使用VxWorks操作系統(tǒng),如圖1所示。?

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1 VxWorks簡介?

　　目前市場上比較著名的實時操作系統(tǒng)有:VxWorks、pSoS、Nucleus、VRTX、Windows CE、Palm OS、QNX、PowerTV、JavaOS、LynxOS等。其中,VxWorks是美國WRS(Wind River System)公司推出的一個具有微內核、可裁剪的高性能強實時操作系統(tǒng),在實時操作系統(tǒng)市場上處于領導地位。它在航空、廣播、運輸、醫(yī)療、自動化生產和科學研究等領域中有著廣泛的應用,尤其是在國防和軍事上一些高精尖技術及實時性要求極高的領域中,體現(xiàn)出了其優(yōu)越的性能。在1997年4月發(fā)射的火星探測器上也使用到了VxWorks。?

　　(1)VxWorks的主要特點?

　　VxWorks具有高度可剪裁的微內核結構,它需要的存儲器空間大約為8KB～488KB(ROM)、620B～29.3KB(RAM)?？梢奦xWorks有著極好的可伸縮性,用戶可以利用工具或直接修改內核源文件來配置內核。VxWorks能進行高效的多任務調度,它支持中斷驅動的優(yōu)先級搶占式調度和時間片輪轉調度,并具有確定的、快速的上下文切換能力,確定的、微秒級的中斷延遲時間。這些使得內核具有非常強的實時性。?

　　(2)VxWorks應用程序開發(fā)" title="程序開發(fā)">程序開發(fā)?

　　除了性能出眾的操作系統(tǒng)外,WRS公司還提供了優(yōu)秀的實時操作系統(tǒng)開發(fā)工具Tornado。Tornado包含三個高度集成的組件:Tornado工具,一套強大的交叉開發(fā)工具;VxWorks實時操作系統(tǒng);一整套主機-目標間的通訊選項,例如以太網、串行線路、在電路仿真(ICE)和ROM仿真等。?

　　圖2是Tornado開發(fā)系統(tǒng)組成框圖,左邊的框代表Tornado集成開發(fā)環(huán)境,它運行在開發(fā)主機上,可以基于WIN9x、WINNT、DIGITAL UNIX 等主機操作系統(tǒng)。本文介紹的內容都是基于WIN9x系統(tǒng)的。右邊的框代表目標機,目標機支持的CPU類型有MC680x0、PowerPc、SPARC、SPARClite、i960、x86、R3000、R4000、R4650等。 目標機上運行VxWorks實時操作系統(tǒng),其上層運行用戶應用程序。?

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　　Tornado集成了用于VxWorks應用程序開發(fā)和調試的各種工具。開發(fā)者在主機系統(tǒng)里,利用這個集成環(huán)境組織、編寫、編譯和調試應用程序,然后下載到目標機上運行、調試。編譯在主機上完成,測試、調試需要主機目標機協(xié)調完成,流程如圖3所示。?

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2 VxWorks在信號處理子系統(tǒng)中的應用?

　　信號處理子系統(tǒng)采用摩托羅拉的COMPACT PCI計算機,它的CPU為PII233MMX。該信號處理子系統(tǒng)的主要任務是通過網絡接收來自主控子系統(tǒng)的數(shù)據和命令,傳送給信號處理板;并且還要讀取信號處理板的處理結果,將其通過網絡傳送給主控子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)。信號處理子系統(tǒng)軟件可分為兩部分:一是驅動程序,負責對信號處理板的初始化、配置和訪問,另外用中斷方式來響應信號處理板;二是網絡通訊程序,負責與主控機握手、接收數(shù)據報文和發(fā)送數(shù)據報文。它的組成如圖4所示,當信號處理板產生數(shù)據后,發(fā)出一次中斷,中斷服務程序觸發(fā)發(fā)送進程讀取信號處理板上的數(shù)據,然后發(fā)送給網絡。網絡通訊程序主要由五個并發(fā)的進程組成:poopClient、BDPReceive、intProc20ms、intProcGate和messageHandle。PoopClient進程負責和主控子系統(tǒng)握手,獲取主控機在線信息,以及傳送本子系統(tǒng)在線信息。BDPReceive進程接收網絡數(shù)據,然后送給messageHandle進程,經處理后再送到信號處理板上。IntProc20ms和intProcGate進程從信號處理板中讀出數(shù)據,然后發(fā)送到網絡中去。

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　　信號處理板通過PCI總線和CPU板相連。在系統(tǒng)上電后,VxWorks對信號處理板進行一系列必要的初始化。首先在硬件初始化函數(shù)sysHwInit()里,調用pciConfigLibInit()來選擇PCI設備的配置機制Mechanism #1或Mechanism #2,接著調用pciConfigLibInit()對PCI設備中斷進行初始化,建立中斷鏈表。這兩個步驟對PCI做了最基本的配置,隨后的一些PCI配置都以它們?yōu)榛A。隨著系統(tǒng)初始化的繼續(xù),在另一個硬件初始化函數(shù)sysHwInit2()里,調用了sysPciAutoConfig(),這個函數(shù)對PCI設備做了進一步的初始化。首先,它逐個查找PCI設備,先查找0號總線上的所有設備,一旦查到PCI-PCI橋設備,立即順著這個橋向下擴展,直到查完所有總線上的所有設備為止。查找過程中,這個函數(shù)對一些在總線上慢顯現(xiàn)的設備作了一些特殊的等待處理。這會減慢系統(tǒng)啟動的速度,若需要,用戶可以通過修改內核源程序來避免等待。當確定了所有的設備后,函數(shù)再次查找一遍設備。這次,它創(chuàng)建一個PCI設備列表,把所有的設備都存到列表中。然后,函數(shù)根據這個列表,對每個設備做一些配置。它根據設備硬件上的設置映射設備存儲空間和I/O空間,分配中斷向量等,圖4中的PCI映射存儲器空間就是這樣映射的。然后,系統(tǒng)還對一些特殊的PCI設備做相應的配置。到此為止,系統(tǒng)對PCI設備的初始化工作就結束了。用戶了解這些配置后,就可以在應用程序里對自己的PCI設備進行訪問了。?

　　操作系統(tǒng)啟動后,開始執(zhí)行usrAppInit()。這個函數(shù)的內容由用戶自己編寫,它完成用戶所需的功能。在本系統(tǒng)中,因為程序不知道哪個槽上有哪種信號處理板,所以程序首先按槽號逐個查找一遍,以確定哪個槽有信號處理板;然后讀出設備的PCI映射存儲空間地址,以便對信號處理板進行讀寫,同時讀出中斷線的內容,進而通過pciIntConnect()來掛中斷。pciIntConnect()函數(shù)考慮了PCI設備對中斷資源的共享,這樣不會破壞共享同一個中斷號的其它中斷。中斷處理使用了信號量機制,處理模式如圖5下半部所示。當有中斷產生時,中斷服務子程序立即響應,它給相應的處理進程發(fā)送信號,處理進程即開始工作;在沒接收到信號時,處理進程處于等待狀態(tài)。?

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　　網絡通訊程序使用SOCKET機制,因為通訊只涉及到一個小局域網,所以傳輸層采取UDP協(xié)議。程序中創(chuàng)建了一組消息隊列,接收進程不停地接收SOCKET傳來的數(shù)據和命令,然后判斷它們的類型,再分別存放到不同消息隊列中,等待處理進程的處理,如圖5上半部所示。處理進程的一個主要功能是將接收到的數(shù)據和命令按照規(guī)定的格式組合成命令字,傳給信號處理板。另外,信號處理板處理完一批數(shù)據后,若向網上傳送數(shù)據,則需要先發(fā)出中斷,中斷服務程序通知處理進程,把數(shù)據通過網絡傳給其它子系統(tǒng)。?

　　這樣,信號處理板和網絡之間就能夠順利地通訊了。主控計算機可以通過網絡實時地向信號處理板發(fā)送各種命令和數(shù)據,同時信號處理板也可將數(shù)據通過網絡實時地傳送給其它子系統(tǒng)。?

　　信號處理子系統(tǒng)的程序開發(fā)是基于BSP的cpv5000,它為PCI設備提供非常好的支持,使得開發(fā)者對PCI設備的訪問變得非常輕松,VxWorks的網絡功能也很健全,網絡通訊易于實現(xiàn)。另外,VxWorks的多任務性及豐富的進程通訊機制為實現(xiàn)復雜的功能提供了必要的手段。本文中提到的所有功能都已在具體的項目中實現(xiàn),VxWorks穩(wěn)定可靠,實時性完全滿足項目的需要。?

參考文獻?

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3 張麗芬.操作系統(tǒng)原理與設計.北京:北京理工大學出版社,1997?

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