VxWorks操作系統(tǒng)及實時多任務(wù)程序設(shè)計
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?。?） 存儲管理 在基本的wind內(nèi)核中,任務(wù)直接操作線性物理內(nèi)存,不存在虛擬存儲等復(fù)雜的存儲管理策略,這主要是從性能來考慮的。不過VxWorks也提供支持POSIX標(biāo)準(zhǔn)的虛擬存儲區(qū)和共享內(nèi)存（多處理器間共享）組件。
?。?）任務(wù)間通信在任務(wù)間傳遞控制信息時,通信量小,wind內(nèi)核支持各種UNIX的通信手段：信號量（semaphore）、消息隊列（message queue）、管道（pipe）、信號（signal）、套接字（socket）。信號量主要用于對臨界資源訪問的同步和互斥;消息隊列多用于消息驅(qū)動機制;管道是基于文件系統(tǒng)實現(xiàn)的任務(wù)間按先進先出方式傳送數(shù)據(jù)的通信方式;信號相當(dāng)于軟中斷;套接字機制主要用于網(wǎng)絡(luò)通信。
當(dāng)任務(wù)間需要大量交換數(shù)據(jù)時,由于VxWorks直接操作物理內(nèi)存,可以直接訪問全局存儲區(qū),不需要特別的手段,與Linux下的共享存儲段申請和WindowsNT中的存儲映射文件方式不同。
?。?）中斷在VxWorks下,所有中斷服務(wù)程序都不屬于任何一個任務(wù),并且使用同一個棧進行數(shù)據(jù)存儲,則中斷將不會引起上下文切換,以實現(xiàn)高效的中斷響應(yīng)。中斷與各任務(wù)之間可以通過前面所述的各種手段進行通信,但要注意對中斷服務(wù)程序有一些限制,例如不能進行可能導(dǎo)致阻塞的資源申請等等。
?。?） 文件系統(tǒng) VxWorks支持多種本地文件系統(tǒng)：MS_DosFS、RawFS和RT 11FS,可根據(jù)具體配置選擇;還支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)NFS,可以沒有局域文件系統(tǒng)。
?。?） 網(wǎng)絡(luò)支持 Vxworks支持多種物理介質(zhì)的TCP/IP協(xié)議族和幾乎所有常用的基于TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議,例如ARP、BOOTP、SLIP和FTP,甚至其啟動就是通過BOOTP或FTP方式取得系統(tǒng)映像文件的。以上簡單介紹了一些VxWorks的技術(shù)特點。要注意,這些特點都是跟VxWorks的特性 ——實時性與嵌入式密切相關(guān)的。
三、 X窗口系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用美國Peritek公司的VCL V圖形控制器插件進行顯示輸出和輸入控制,客戶界面基于X Window。X客戶程序的開發(fā)選用美國SeaWeed公司的SeaWindM軟件。
X是美國麻省理工學(xué)院(MIT)研制的一個可移植的網(wǎng)絡(luò)透明的窗口系統(tǒng)。它具有設(shè)備獨立性和網(wǎng)絡(luò)透明性的特點,即基于X開發(fā)的應(yīng)用程序不需要重寫或重新編譯就可以在新的顯示硬件上執(zhí)行,并且在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下通過X可在網(wǎng)絡(luò)任一節(jié)點上運行X的應(yīng)用程序而不必考慮該節(jié)點的物理位置。
四、 顯示與控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)
本系統(tǒng)的功能主要是初始化各處理模件、根據(jù)輸入命令對各處理模件進行控制和對處理結(jié)果的實時顯示。這些都是通過與相應(yīng)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信來完成的。對通信數(shù)據(jù)和策略的分析是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)中存在著這樣幾類通信數(shù)據(jù)：與前端模擬子系統(tǒng)的控制信息與數(shù)據(jù)、與數(shù)字信號處理子系統(tǒng)相關(guān)的控制信息和數(shù)據(jù)、發(fā)射信號控制信息、顯示數(shù)據(jù)以及從鍵盤和鼠標(biāo)獲得的輸入信息。這幾類數(shù)據(jù)都是通過VME背板總線傳輸,通過對VME地址空間直接讀寫進行訪問。其中由數(shù)字信號處理子系統(tǒng)送來的數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)更新事件驅(qū)動的。為了滿足實時性的要求,需要在每組結(jié)果數(shù)據(jù)更新之前完成通信,因此處理的優(yōu)先級需要很高。
基于上面的考慮,系統(tǒng)劃分為4個任務(wù)：系統(tǒng)監(jiān)控、顯示與輸入、子模件控制和錯誤處理。
系統(tǒng)監(jiān)控——提交和監(jiān)控其他子任務(wù)。
顯示與輸入——實時顯示信號處理結(jié)果和產(chǎn)生輸入消息。
子模件控制——向各子模件發(fā)送控制參數(shù)和計算數(shù)據(jù),由輸入消息驅(qū)動。
錯誤處理——根據(jù)錯誤類型進行相應(yīng)處理：顯示錯誤信息、重啟動各模件、中止系統(tǒng),由出錯消息驅(qū)動。
信號處理結(jié)果讀取在顯示和輸入任務(wù)中完成,其驅(qū)動事件為處理結(jié)果更新。在被動聲納處理中,短時間能量積累的結(jié)果每64ms更新一次,平均功率譜結(jié)果每 1.5s更新一次;主動聲納處理的幅度信息數(shù)據(jù)率為1.3kb/s,頻域處理結(jié)果更新率為5~10次/s。如果由信號處理模件在數(shù)據(jù)更新后向 MVME177發(fā)送中斷事件,由于數(shù)據(jù)更新率差別較大,可能造成瞬間中斷頻繁,增加處理復(fù)雜度。所以采用定時中斷,使用間隔為50ms的定時中斷去檢查數(shù)據(jù)更新標(biāo)志,既能保證實時數(shù)據(jù)刷新,又能簡化處理結(jié)構(gòu)。
各任務(wù)間的大批量數(shù)據(jù)傳輸利用VxWorks的共享內(nèi)存直接訪問,而傳遞控制消息多采用消息隊列（message queue）。在顯示和輸入任務(wù)中有兩類驅(qū)動事件：鍵盤、鼠標(biāo)輸入和顯示數(shù)據(jù)更新。顯示刷新的優(yōu)先級應(yīng)該高于人工輸入,所以在這里使用了信號（signal）。當(dāng)任務(wù)捕獲信號時,立即中斷正在執(zhí)行的流程,轉(zhuǎn)而進行信號服務(wù)處理。完成后,繼續(xù)原處理流程可以保證顯示的實時刷新。
各任務(wù)之間的通信機制由4個消息隊列、1個定時中斷和1個信號完成：
消息隊列SystemMsg：系統(tǒng)開機、系統(tǒng)關(guān)機、系統(tǒng)復(fù)位、系統(tǒng)重啟等,由錯誤處理任務(wù)和鍵盤輸入產(chǎn)生;由系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)接收。
消息隊列ParamModifyMsg：更改前端硬件參數(shù)、DSP參數(shù)等,由鍵盤輸入產(chǎn)生,由子模件控制任務(wù)接收。
消息隊列ErrorMsg：定義了各種錯誤類型,由各任務(wù)的出錯接口產(chǎn)生;由錯誤處理任務(wù)接收。
X消息隊列：由顯示和輸入任務(wù)接收(被SeaWindM軟件包封裝)。 定時中斷：由系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)啟動和停止,讀取DSP處理結(jié)果。 信號處理：由顯 示和輸入任務(wù)注冊,定時中斷發(fā)送信號,接收到后進行數(shù)據(jù)顯示。
系統(tǒng)定義全局變量System_Data。其數(shù)據(jù)類型為自定義的System_Data_Struct結(jié)構(gòu)。通過System_Data實現(xiàn)任務(wù)間的數(shù)據(jù)交換。
結(jié)束語
以上介紹了數(shù)字式聲納的顯控系統(tǒng)的設(shè)計。基于VxWorks的多任務(wù)設(shè)計使系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性都非常好。目前該顯控系統(tǒng)已通過測試,達到了系統(tǒng)的設(shè)計要求。
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