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嵌入式操作系統(tǒng)在高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

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作者:張超 蘇濤 吳順君 西安電子科技大學(xué) 時(shí)間:2008-06-25 來源:電子技術(shù)應(yīng)用 收藏

  任務(wù)劃分需要遵循以下原則:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/84776.htm

  (1)功能內(nèi)聚性。對(duì)于功能聯(lián)系比較緊密的各工作可以用一個(gè)任務(wù)來運(yùn)行。如果用多個(gè)任務(wù)進(jìn)行相互之間的消息通信,將會(huì)影響系統(tǒng)效率。

  (2)時(shí)間緊迫性。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求比較高的任務(wù),以高優(yōu)先級(jí)運(yùn)行,以保證事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)。

  (3)周期執(zhí)行原則。對(duì)于一個(gè)需要周期性執(zhí)行的工作,應(yīng)作為一個(gè)獨(dú)立的模塊完成。

  3.1 的配置

  在上進(jìn)行開發(fā)要滿足實(shí)時(shí)性和資源有限性的要求,因此與通用存在差異。在生成操作系統(tǒng)時(shí)剪裁不需要的組件,添加需要的組件,使系統(tǒng)盡量精簡(jiǎn)。操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序主要運(yùn)行在內(nèi)存中,操作系統(tǒng)太大會(huì)占用很多的內(nèi)存空間。應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)要對(duì)每個(gè)任務(wù)分配合適的內(nèi)存。為了滿足實(shí)時(shí)性,內(nèi)存分配要盡可能快,因此不采用通用操作系統(tǒng)中復(fù)雜而完善的內(nèi)存分配策略,而采用簡(jiǎn)單、快速的內(nèi)存分配方案。如果系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性和可靠性的要求極高,不能容忍一點(diǎn)延時(shí)或者一次分配失敗,最好采用靜態(tài)分配方案,也就是在程序編譯時(shí)所需要的內(nèi)存都已經(jīng)分配好了。例如,火星探測(cè)器上的系統(tǒng)就必須采用靜態(tài)分配方案。

  雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高,所以本系統(tǒng)盡量采用靜態(tài)分配方案。但是VG4內(nèi)存有限,在一些子任務(wù)中也采用動(dòng)態(tài)分配方案。這里采用First Fit的內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方式,當(dāng)系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)分配內(nèi)存時(shí),可以保證在很短的時(shí)間內(nèi)分配。但是采用這種方式容易產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片,而沒有清除碎片的功能,因此對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存要非常小心。

  根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況,接口板傳給VG4的信處檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)量基本不變,對(duì)于這批數(shù)據(jù)可以以另一種方式存儲(chǔ)。通過修改BSP的配置,從RAM中分配一塊用戶保留的存儲(chǔ)區(qū)域。這塊存儲(chǔ)區(qū)是用戶專用的,不會(huì)被系統(tǒng)覆蓋。用戶可以通過絕對(duì)地址對(duì)其進(jìn)行讀寫。具體方法是設(shè)置RAM布局中User reserved區(qū)域,系統(tǒng)默認(rèn)為0,設(shè)置這塊RAM使之滿足原始數(shù)據(jù)的大小。

  3.2 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

  應(yīng)用程序運(yùn)行在操作系統(tǒng)上,其功能包括對(duì)系統(tǒng)初始化、根據(jù)輸入命令對(duì)各模塊進(jìn)行控制及實(shí)時(shí)顯示信號(hào)處理結(jié)果。存在著如下幾類數(shù)據(jù)通信:VG4向定時(shí)接口板傳送控制參數(shù),讀取定時(shí)接口板中存儲(chǔ)的信處檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù),響應(yīng)外部中斷,顯示目標(biāo)信息以及獲得外部輸入的控制信息。考慮到C語言的平臺(tái)無關(guān)性和代碼簡(jiǎn)介高效性,應(yīng)用程序采用C語言編寫。

  系統(tǒng)劃分為6個(gè)任務(wù):(1)系統(tǒng)監(jiān)控:?jiǎn)?dòng)和監(jiān)控其他任務(wù)。(2)數(shù)據(jù)傳輸:響應(yīng)VME中斷,與定時(shí)接口板進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。(3)數(shù)據(jù)處理:對(duì)信處檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,扣除虛假目標(biāo)并轉(zhuǎn)換格式以方便顯示。(4)終端顯示:顯示檢測(cè)目標(biāo)結(jié)果和系統(tǒng)狀態(tài)信息到屏幕。(5)指令控制:響應(yīng)控制開關(guān)的命令和獲取慣導(dǎo)數(shù)據(jù)。(6)錯(cuò)誤處理:對(duì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的任務(wù)做出響應(yīng)的處理,并在終端顯示。

  中斷服務(wù)程序響應(yīng)定時(shí)VME7號(hào)中斷,程序如下:

  圖4顯示了各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。從中可以看到中斷服務(wù)程序的優(yōu)先級(jí)最高,因?yàn)閷?shí)時(shí)系統(tǒng)要及時(shí)響應(yīng)外部中斷信號(hào)。

  指令控制任務(wù)首先獲取外部開關(guān)命令和慣導(dǎo)數(shù)據(jù),以消息的形式發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。當(dāng)中斷來臨時(shí),中斷服務(wù)程序馬上釋放同步信號(hào)量syncSemId。數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)一直等待這個(gè)信號(hào)量,當(dāng)獲取到這個(gè)信號(hào)量時(shí),立即把從指令控制任務(wù)收到的消息轉(zhuǎn)換成模式字寫到接口板的雙口RAM中,接著讀取信處檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理子任務(wù)獲取同步信號(hào)量syncSemId2后對(duì)收到的信處檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,這一任務(wù)最耗時(shí)。終端顯示任務(wù)以消息的形式接收上一任務(wù)的處理結(jié)果,并顯示處理結(jié)果及系統(tǒng)目前的運(yùn)行狀態(tài)信息。信號(hào)量廣泛應(yīng)用于同步和對(duì)臨界資源的保護(hù),信號(hào)量的建立如下:

  系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)包括初始化各任務(wù)及實(shí)時(shí)監(jiān)控各任務(wù)運(yùn)行是否正常。當(dāng)檢測(cè)到某任務(wù)運(yùn)行不正常時(shí),啟動(dòng)錯(cuò)誤處理任務(wù)。錯(cuò)誤處理任務(wù)根據(jù)情況給予相應(yīng)處理,并在終端顯示。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重啟。

  本文設(shè)計(jì)的信號(hào)處理機(jī)主要應(yīng)用于直升機(jī)火控系統(tǒng),現(xiàn)已經(jīng)過驗(yàn)收,各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。隨著設(shè)計(jì)的改進(jìn),系統(tǒng)功能將進(jìn)一步完善,結(jié)構(gòu)會(huì)更加通用模塊化,從而實(shí)現(xiàn)不改變整個(gè)硬件系統(tǒng)平臺(tái),只對(duì)程序進(jìn)行相應(yīng)的修改,便可應(yīng)用于其他領(lǐng)域的信號(hào)處理系統(tǒng)中。

  參考文獻(xiàn)

  1 趙樹杰,史 林.數(shù)字信號(hào)處理.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1997

  2 WindRiver.VxWorks Programmer′s Guide 5.5.2002

  3 WindRiver.VxWorks API Reference.2002

  4 WindRiver.Tornado User′s Guide(Windows Version).2002

  5 蘇 濤,蔡建隆,何學(xué)輝.DSP接口電路設(shè)計(jì)與編程.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003

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