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实时操作系统VxWorks在跟踪雷达系统中的应用
实时操作系统VxWorks在跟踪雷达系统中的应用 摘要：实现跟踪雷达系统中各子系统之间的实时通讯，重点是信号处理子 系统中信号处理板和网络间的实时通讯。在实时操作系统VxWorks平台下，编写 PCI设备的驱动程序和网络通讯程序，以完成通讯功能。VxWorks的高可靠性和 强实时性在应用中得到了充分的验证，在VxWorks平台的支持下，信号处理子系 统完成了信号处理和网络之间的实时通讯。关键词：VxWorks 跟踪雷达 PCI 网络通讯 跟踪雷达在跟踪高速目标时，需要有足够快的反应速度，这不仅对它自身 的硬件系统的实时性要求较高，而且对相应软件系统的实时性要求也较高。用实 时操作系统VxWorks作为跟踪雷达系统中的操作系统，可以满足软件对实时性需 求。
本系统中，跟踪雷达各分机设备在相应处理计算机、控制计算机控制下协 调工作，完成对目标的跟踪和测量雷达的引导，各分控计算机之间通过以太网接 口相互通讯。跟踪雷达软件按功能分为主控、显示、信号处理、伺服控制、高频 控制、光电控制六个子系统，分别对应不同的计算机。其中主控、信号处理、伺 服控制、高频控制、光电控制子系统上都使用VxWorks操作系统，如图1所示。
1 VxWorks简介 目前市场上比较著名的实时操作系统有：VxWorks、pSoS、Nucleus、VRTX、 Windows CE、Palm OS、QNX、PowerTV、JavaOS、LynxOS等。其中，VxWorks 是美国WRS（Wind River System）公司推出的一个具有微内核、可裁剪的高性能 强实时操作系统，在实时操作系统市场上处于领导地位。它在航空、广播、运输、 医疗、自动化生产和科学研究等领域中有着广泛的应用，尤其是在国防和军事上 一些高精尖技术及实时性要求极高的领域中，体现出了其优越的性能。在1997 年4月发射的火星探测器上也使用到了VxWorks。
（1）VxWorks的主要特点 VxWorks具有高度可剪裁的微内核结构，它需要的存储器空间大约为8KB ～488KB（ROM）、620B～29.3KB（RAM）。可见VxWorks有着极好的可伸缩 性，用户可以利用工具或直接修改内核源文件来配置内核。VxWorks能进行高效的多任务调度，它支持中断驱动的优先级抢占式调度和时间片轮转调度，并具有 确定的、快速的上下文切换能力，确定的、微秒级的中断延迟时间。这些使得内 核具有非常强的实时性。
（2）VxWorks应用程序开发 除了性能出众的操作系统外，WRS公司还提供了优秀的实时操作系统开 发工具Tornado。Tornado包含三个高度集成的组件：Tornado工具，一套强大的 交叉开发工具；
VxWorks实时操作系统；
一整套主机-目标间的通讯选项，例如 以太网、串行线路、在电路仿真（ICE）和ROM仿真等。
2 VxWorks在信号处理子系统中的应用 信号处理子系统采用摩托罗位的COMPACT PCI计算机，它的CPU为 PII233MMX。该信号处理子系统的主要任务是通过网络接收来自主控子系统的 数据和命令，传送给信号处理板；
并且还要读取信号处理板的处理结果，将其通 过网络传送给主控子系统和显示子系统。信号处理子系统软件可分为两部分：一 是驱动程序，负责对信号处理板的初始化、配置和访问，另外用中断方式来响应 信号处理板；
二是网络通讯程序，负责与主控机握手、接收数据报文和发送数据 报文。它的组成如图4所示，当信号处理板产生数据后，发出一次中断，中断服 务程序触发发送进程读取信号处理板上的数据，然后发送给网络。网络通讯程序 主要由五个并发的进程组成：poopClient、BDPReceive、intProc20ms、intProcGate 和messageHandle。PoopClient进行负责和主控子系统握手，获取主控机在线信息， 以及传送本子系统在线信息。BDPReceive进程接收网络数据，然后送给 messageHandle进程，经处理后再送到信号处理板上。IntProc20ms和intProcGate 进程从信号处理板中读出数据，然后发送到网络中去。
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)intProcGate,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0) = = ERROR) …… messageHandle ();
return (OK);
} 信号处理板通过PCI总线和CPU板相连。在系统上电后，VxWorks对信号处 理板进行一系列必要的初始化。首先在硬件初始化函数sysHwInit()里，调用 pciConfigLibInit()来选择PCI设备的配置机制Mechanism #1或Mechanism #2,接着 调用pciConfigLibInit()对PCI设备中断进行初始化，建立中断链表。这两个步骤对 PCI做了最基本的配置，随后的一些PCI配置都以它们为基础。随着系统初始化的 继续，在另一个硬件初始化函数sysHwInit2()里，调用了sysPciAutoConfig()，这 个函数对PCI设备做了进一步的初始化。首先，它逐个查找PCI设备，先查找0号 总线上的所有设备，一旦查到PCI-PCI桥设所有设备为止。查找过程中，这个函 数对一些在总线上慢显现的设备作了一些特殊的等待处理。这会减慢系统启动的 速度，若需要，用户可以通过修改内核源程序来避免等待。当确定了所有的设备 后，函数再次查找一遍设备。这次，它创建一个PCI设备列表，把所有的设备都 存到列表中。然后，函数根据这个列表，对每个设备做一些配置。它根据设备硬件上的设备映射设备存储空间和I/O空间，分配中断向量等，图4的PCI映射存储 器空间就是这样映射的。然后，系统还对一些特殊的PCI设备做相应的配置。到 此为止，系统对PCI设备的初始化工作就结束了。用户了解这些配置后，就可以 在应用程序里对自己的PCI设备进行访问了。
操作系统启动后，开始执行usrAppInit()。这个函数的内容由用户自己编写， 它完成用户所需的功能。在本系统中，因为程序不知道哪个槽上有哪种信号处理 板，所以程序首先按槽号逐个查找一遍，以确定哪个槽有信号处理板；
然后读出 设备的PCI映射存储空间地址，以便对信号处理板进行读写，同时读出中断线的 内容，进而通过pciIntConnect（）来挂中断。pciIntConnect()函数考虑了PCI设备 对中断资源的共享，这样不会破坏共享同一个中断信号的其它中断。中断处理使 用了信号量机制，处理模式如图5下半部所示。当有中断产生时，中断服务子程 序立即响应，它给相应的处理进程发送信号，处理进程即开始工作；
在没接收到 信号时，处理进程处于等待状态。
STATUS dspISR () { …… switch （intType） { case INT_20MS;/* INT_20MS=1 */ …… semGive (sem20ms);
break;
case INT_ACQGATE: /* INT_ACQGATE=2 */ …… semGIve (semAcqGate);
break;
default:…… break;
} …… } void intProc20ms() { …… FOREVER { semTake (sem20ms,WAIT_FOREVER);
…… } …… } void intProcGate () { …… FOREVER { semTake (semAcqGate,WAIT_FOREVER);
…… } …… }网络通讯程序使用SOCKET机制，因为通讯只涉及到一个小局域网，所以 传输层采取UDP协议。程序中创建了一组消息队理，接收进程不停地接收 SOCKET传来的数据和命令，然后判断它们的类型，再分别存放到不同消息队列 中，等待处理进程的处理，如图5上半部所示。处理进程的一个主要功能是将接 收到的数据和命令按照规定的格式组合成命令字，传给信号处理板。另外，信号 处理板处理完一批数据后，若向网上传送数据，则需要先发出中断，中断服务程 序通知处理进程，把数据通过网络传给其它子系统。
这样，信号处理板和网络之间就能够顺利地通讯了。主控计算机可以通过网 络实时地向信号处理板发送各种命令和数据，同时信号处理板也可将数据通过网 络实时地传送给其它子程序。
信号处理子系统的程序开发是基于BSP的cpv5000，它为PCI设备提供非常 好的支持，使得开发者对PCI设备访问变得非常轻松，VxWorks的网络功能也很 健全，网络通讯易于实现。另外，VxWorks的多任务性及丰富的进程通讯机制为 实现复杂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体的项目中 实现，VxWorks稳定可靠，实时性完全满足项目的需要。
