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實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks在跟蹤雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用
跟蹤雷達(dá)在跟蹤高速目標(biāo)時(shí)，需要有足夠快的反應(yīng)速度，這不僅對(duì)它自身的硬件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，而且對(duì)相應(yīng)軟件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求也較高。用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks作為跟蹤雷達(dá)系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)，可以滿足軟件對(duì)實(shí)時(shí)性需求。
本系統(tǒng)中，跟蹤雷達(dá)各分機(jī)設(shè)備在相應(yīng)處理計(jì)算機(jī)、控制計(jì)算機(jī)控制下協(xié)調(diào)工作，完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤和測(cè)量雷達(dá)的引導(dǎo)，各分控計(jì)算機(jī)之間通過以太網(wǎng)接口相互通訊。跟蹤雷達(dá)軟件按功能分為主控、顯示、信號(hào)處理、伺服控制、高頻控制、光電控制六個(gè)子系統(tǒng)，分別對(duì)應(yīng)不同的計(jì)算機(jī)。其中主控、信號(hào)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。
1 VxWorks簡介
目前市場上比較著名的實(shí)時(shí)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(gè)具有微內(nèi)核、可裁剪的高性能強(qiáng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)市場上處于領(lǐng)導(dǎo)地位。它在航空、廣播、運(yùn)輸、醫(yī)療、自動(dòng)化生產(chǎn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在國防和軍事上一些高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)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(cè)器上也使用到了VxWorks。
（1）VxWorks的主要特點(diǎn)
VxWorks具有高度可剪裁的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，它需要的存儲(chǔ)器空間大約為8KB～488KB（ROM）、620B～29.3KB（RAM）。可見VxWorks有著極好的可伸縮性，用戶可以利用工具或直接修改內(nèi)核源文件來配置內(nèi)核。VxWorks能進(jìn)行高效的多任務(wù)調(diào)度，它支持中斷驅(qū)動(dòng)的優(yōu)先級(jí)搶占式調(diào)度和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，并具有確定的、快速的上下文切換能力，確定的、微秒級(jí)的中斷延遲時(shí)間。這些使得內(nèi)核具有非常強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。
（2）VxWorks應(yīng)用程序開發(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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)工具Tornado。Tornado包含三個(gè)高度集成的組件：Tornado工具，一套強(qiáng)大的交叉開發(fā)工具；VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；一整套主機(jī)-目標(biāo)間的通訊選項(xiàng)，例如以太網(wǎng)、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(yùn)行在開發(fā)主機(jī)上，可以基于WIN9x、WINNT、DIGITAL UNIX等主機(jī)操作系統(tǒng)。本文介紹的內(nèi)容都是基于WIN9x系統(tǒng)的。右邊的框代表目標(biāo)機(jī)，目標(biāo)機(jī)支持的CPU類型有MC680x0、PowerPc、SPARC、SPARClite、i960、x86、R3000、R4000、R4650等。目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其上層運(yùn)行用戶應(yīng)用程序。
Tornado集成了用于VxWorks應(yīng)用程序開發(fā)和調(diào)試的各種工具。開發(fā)者在主機(jī)系統(tǒng)里，利用這個(gè)集成環(huán)境組織、編寫、編譯和調(diào)試應(yīng)用程序，然后下載到目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行、調(diào)試。編譯在主機(jī)上完成，測(cè)試、調(diào)試需要主機(jī)目標(biāo)機(jī)協(xié)調(diào)完成，流程如圖3所示。
2 VxWorks在信號(hào)處理子系統(tǒng)中的應(yīng)用
信號(hào)處理子系統(tǒng)采用摩托羅位的COMPACT PCI計(jì)算機(jī)，它的CPU為PII233MMX。該信號(hào)處理子系統(tǒng)的主要任務(wù)是通過網(wǎng)絡(luò)接收來自主控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和命令，傳送給信號(hào)處理板；并且還要讀取信號(hào)處理板的處理結(jié)果，將其通過網(wǎng)絡(luò)傳送給主控子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)。信號(hào)處理子系統(tǒng)軟件可分為兩部分：一是驅(qū)動(dòng)程序，負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)處理板的初始化、配置和訪問，另外用中斷方式來響應(yīng)信號(hào)處理板；二是網(wǎng)絡(luò)通訊程序，負(fù)責(zé)與主控機(jī)握手、接收數(shù)據(jù)報(bào)文和發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文。它的組成如圖4所示，當(dāng)信號(hào)處理板產(chǎn)生數(shù)據(jù)后，發(fā)出一次中斷，中斷服務(wù)程序觸發(fā)發(fā)送進(jìn)程讀取信號(hào)處理板上的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)通訊程序主要由五個(gè)并發(fā)的進(jìn)程組成：poopClient、BDPReceive、intProc20ms、intProcGate和messageHandle。PoopClient進(jìn)行負(fù)責(zé)和主控子系統(tǒng)握手，獲取主控機(jī)在線信息，以及傳送本子系統(tǒng)在線信息。BDPReceive進(jìn)程接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，然后送給messageHandle進(jìn)程，經(jīng)處理后再送到信號(hào)處理板上。IntProc20ms和intProcGate進(jìn)程從信號(hào)處理板中讀出數(shù)據(jù)，然后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中去。
STATUS appMain (void)
{
……
/* Connect the ISR */
if (pciIntConnect (INUM_TO_IVEC (INT_NUM_IRQ0 dsp_intLine),(VOIDFUNCPTR)dspISR,0)= =ERROR)
……
/* Create some tasks */
if(taskSpawn("poop",100,0,2048,(FUNCPTR)poopClient,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0) = = ERROR)
……
if (taskSpawn("BDPRecv",80,0,2048,(FUNCPTR)BDPReceive,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0) = = ERROR)
……
if(taskSpawn("intProc20ms",70,0,2048,(FUNCPTR)intProc20ms,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0) = = ERROR)
……
if(taskSpawn("intProcGate",60,0,2048,(FUNCPTR)in
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