基于VxWorks的气象传真接收机显控软件设计

第39卷第4期应用科技V ol.39, No.4 2012年8月Applied Science and Technology Aug. 2012 doi: 10.3969/j.issn.1009-671X. 2012.04.002基于VxWorks的气象传真接收机显控软件设计刘繁明, 李芳明哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001摘要：气象传真系统是传递气象信息的一种重要方法，是航海安全的重要保障. 针对某型气象传真接收机显控系统中任务多、图形界面实时刷新等特点，在VxWorks操作系统下，采用图形界面开发工具Tilcon设计了系统的操作界面. 简要介绍了Tilcon的特点和工作机制，说明了基于VxWorks的图形界面系统开发方法. 应用实践表明，该解决方案具有实时性强、操作简便、代码编写量小、较高的可靠性和可维护性等特点，有较高的实用价值.关键词：气象传真接收机；图形界面；Tilcon；VxWorks中图分类号：TP311.5 文献标志码：A 文章编号：1009-671X（2012）04-0004-06Design of the Weather Facsimile Receiver Software Based on VxWorks RTOSLIU Fanming，LI FangmingCollege of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, ChinaAbstract：The weather facsimile system is an important way for transmitting weather information and it also an important role in ensuring the safety of marine. In view to mass tasks, real-time refresh of graphic user interface, the graphical interface tools of Tilcon is used to design the operation and control interface based on VxWorks in weather facsimile receiver software. This article introduces the characteristic and mechanism of Tilcon, and illustrates the method of graphical interface development based on VxWorks. The practice results of this solution shows the characteristics about the real-time, easy operation, small coding and easy for reliability and maintainability.Keywords: weather facsimile receiver; graphical interface; Tilcon; VxWorksVxWorks是由美国风河公司开发的一套微内核、高可靠性、可剪裁的嵌入式实时操作系统[1]. 它以良好的可靠性和卓越的实时性被广泛地应用于数据网络、远程通信、医疗设备、航空航天、军事设备、消费电子、交通运输设备等高精尖及实时性要求极高的领域. VxWorks在开发之初并没有提出完整的图形显示解决方案，随着系统的不断完善，风河公司提出了基于嵌入式系统的显示技术WindML. 直接利用WindML提供的API开发图形界面对开发人员要求特别高，存在开发周期长、代码繁琐、效率较低、难以开发高质量图形界面等缺点. 针对嵌入式图形 界面开发面临的困境，出现了一些第3方图形设计开发工具，如Tilcon、Zinc等.收稿日期：2012-02-25.作者简介：刘繁明(1963-), 男，教授，博士，主要研究方向：精密仪器及机械、无源导航技术，E-mail：hrblfm407@ 这些工具可以实现拖动−释放式的图形界面设计方式，快速构建理想的图形界面应用程序，减少了代码编写量，简化了嵌入式系统的图形界面开发过程，提高了软件开发效率.1Tilcon组成及原理1.1 Tilcon简介Tilcon实时开发环境是一种快速、易用、多平台的图形界面开发工具，可在QNX6.2、MS Windows98/2000/ME、Windows NT、Windows CE 及其他支持平台上开发图形应用程序. Tilcon在VxWorks下的应用基于WindML提供的二维图形绘制函数、国际化的字体支持和基本的窗口系统[2-3]. 所开发的图形程序不需要修改代码就可在不同的操作系统间移植，该特性给予了用户极大的灵活性[4-5]. Tilcon使用了先进的图形开发技术，独特的二进制图形引擎的开发方法，采用图形界面和应用程序相独立的结构，提高了界面的可修改性、可移植性和可维护性.1.2 Tilcon组成及原理Tilcon图形界面开发环境主要由3部分组件组成：嵌入式图形界面引擎、应用程序接口函数和图形界面编辑器. 其组成原理如图1所示.数据输入应用程序API嵌入式图形界面引擎窗口显示系统(WindML)显示器图形界面资源文件图形界面编辑器图1 Tilcon组成及原理嵌入式图形界面引擎是一个以事件为驱动方式的微内核，独立于应用程序. 除了执行所有的API命令进行屏幕绘制外，还维护所有描述显示对象的数据结构并处理所有的操作系统消息、触发器、通知和回调函数，同时可通过TCP/IP协议与其他目标机的嵌入式图形界面引擎联系.应用程序接口是应用程序和嵌入式图形界面引擎之间的协议，核心为一组基本函数. 这些函数完成初始化和结束应用程序与嵌入式图形界面引擎之间的通信、查询通知、创建或删除对象、设置或访问对象状态等基本功能.图形编辑器是一组集成的设计工具，辅助图形界面的设计. 提供了丰富的、功能强大的控件，通过拖放控件并设置控件属性构建复杂的图形界面. 使用对象管理模板可指定控件之间的关系并实现一些重要的功能，如通知、回调函数和触发器等. 图形界面经存储后生成可由嵌入式图形界面引擎读取的与平台无关的数据资源文件，作为应用程序的一部分在运行时装载并显示.2Tilcon在VxWorks下的链接过程2.1 WindML的配置与编译WindML用于为不同的操作系统及开发标准用户设备驱动程序的框架提供基本的图形、图像和音频支持. 由软件开发包和驱动程序开发包2个组件构成.WindML是Tilcon在VxWorks系统上运行的基础，使用前需要配置和编译. 使用Tornado下的WindML配置工具，根据目标机硬件配置及应用程序需求，对处理器类型、编译工具、图形设备、输入输出设备、音频设备及字体等选项进行配置，经过编译生成所需的OBJ文件.编译WindML后，建立Downloadable工程，将$(WIND_BASE)\target\src\ugl\example\demo\ ugldemo.c文件拷贝到工程目录下，添加到工程中. 编译下载运行后，如能在目标机中显示WindML图形，表明媒体库配置、编译成功.2.2 Tilcon的配置与剪裁通过图形引擎定制工具Scalable，用户可以灵活选择工程所需的组件，并链接生成较小的内核. 具体过程为：启动Scalable，选择系统平台和处理器，选择所需的控件，工具会自动生成相应的Makefile. 点击创建按钮后，链接相关组件并生成Tilcon目标库文件tlncore.o和tlnapi.o[5-6].2.3 VxWorks的配置与编译在工程的VxWorks标签页中，将C++ Components、POSIX Clocks、POSIX Timers、POSIX Semaphores、POSIX MessageQueues及WindML相关组件2D graphics和complete 2D library包含到工程中. 通过Builds标签页中的default的属性修改工程的Makefile. 在C/C++ compiler页中，删除编辑框中的-ansi，添加-DCC_TRT_VXWORKS -IC:/Tilcon/include. 在Macros页中，在Macros下拉菜单中选择EXTRA_MODULES，通过加入tlncore.o和tlnapi.o的路径，将Tilcon库链接到VxWorks内核中. 最后编译生成VxWorks映像[1,6].3气象传真接收机显控软件设计及实现3.1 气象传真接收机系统平台气象传真接收机系统由短波接收装置、数字化处理装置和控制计算机组成. 其中，短波接收装置用于接收无线气象广播台发送的短波信号，并将信号输出至数字化处理装置. 数字化处理装置作用是控制短波接收装置，解调、检测并处理气象传真信号，将气象传真图数据经过PC104总线上传至控制计算机[7-8]. 控制计算机是气象传真接收机的控制中心. 显控软件运行于其中，完成控制并显示数字化处理装置的工作状态，将气象传真图数据及时组合成传真图并显示，以及操作存储在控制计算机中的气象传真图等功能.气象传真接收机显控软件PC104总线控制计算机短波接收装置数字化处理装置图2 气象传真接收机结构3.2 气象传真接收机显控软件程序设计根据需求，气象传真接收机显控软件主要由接收控制、传真图操作、系统状态显示和系统设置等几个功能模块组成.接收控制模块的功能为控制数字化处理装置的工作. 共有手动接收、自动接收和定时接收3种接收方式. 当处于接收状态时，可手动调整接收频率，使接收装置处于最佳的接收频率.传真图操作模块的功能主要包括图像放大与缩小、图像旋转、图像同相、图像同步、正反片、图像删除、图像保存和图像搜索等功能.系统状态显示模块的功能为实时显示数字化处理装置的工作信息. 将工作方式、接收区域、台站名、频率、信号强度、信噪比、合作系数、扫描速度及状态等信息提供给用户参考.系统设置模块由3个功能组成：频率表修改、删除全部图像和恢复出厂设置.人机交互界面分为主界面、接收设置界面、传真图搜索界面、系统设置界面和传真图操作界面. 如图3所示.人机交互界面接收设置界面传真图搜索界面系统设置界面传真图操作界面主界面图3 人机交互界面结构3.3 图形界面应用程序设计与实现设置必须的参数并初始化图形引擎内核后，TRT_Start 函数启动了VxWorks 与图形引擎之间的通信管道. 应用程序可以使用Tilcon API 函数命令图形引擎加载并显示用户界面或动态创建图形界面. TRT_WindowLoad 函数从指定的路径中加载图形界面资源文件到图形引擎中. TRT_WindowDisplay 函数显示加载的图形窗口. 基于Tilcon 的图形界面应用程序通过一个主事件循环处理相应的窗口事件，实现人机交互功能. 窗口加载显示后，进入主循环等待事件的发生.TRT_GetInput 函数处于等待状态并实时接收图形引擎所传递的界面操作事件，通过Switch 条件语句调用相应的处理函数. 用户可通过配置TRT_GetInput 函数接收其他进程的消息，或设置为等待某种信号量，使应用程序可以和其他进程通信. 当函数接收到终止信息时，应用程序中止主循环，TRT_WindowDelete 函数清除图形界面并释放内存，TRT_Exit 函数完成退出图形引擎操作[9-11]. 基于Tilcon 的图形界面应用程序流程如图4所示.初始化图形引擎加载并显示图形界面图形事件处理主循环释放内存退出循环内核事件其他任务事件图4 Tilcon 图形界面应用程序执行流程根据系统需求，利用图形编辑器，完成图形界面的具体设计. 主界面分为传真图实时显示区、接收频率调整区、数字化处理装置工作状态显示区、传真图查看区和界面切换区几个部分. 主界面实例如图5所示.第39卷第4期应用科技V ol.39, No.42012年8月Applied Science and TechnologyAug. 2012图5 主界面实例以下是该Tilcon应用程序的基本结构及部分代码：#include "vxWorks.h"#include "time.h"#include "stdlib.h"#include "stdio.h"#include "string.h"#include "tilcon/TRTConst.h"#include "tilcon/TRTAPI.h"#include "tilcon/TRT_API.h"pid_t TRT_cid;TRT_ReceiveData rec_data;/*主程序*/int faxmain(void) {int c;int ContinueLooping = TRUE;long errorcode = 0;TRT_StartData StartData;#include "mainFrame.twh"/*指定界面资源文件路径*/putenv("Tilcon_5_4=/ata1/");/*设定系统环境*/#ifdef CC_TRT_VXWORKSStartData.Os_Env = TRT_VXWORKS;#endif StartData.Display = NULL;StartData.IPAddr = NULL;StartData.AppName=strdup("TRTD_CRSE"); erprog = "TRTDCRSE"; StartData.Flags = FALSE;/*启动Tilcon图形引擎*/errorcode = TRT_Start(&StartData);TRT_cid = StartData.TRT_CID;if (errorcode) {sendErrorMsg("Cannot Start TheRuntime");exit(0);};/*加载主界面*/errorcode = TRT_WindowLoad(TRT_cid, MAIN_WINDOW_FILE);if (errorcode) {sendErrorMsg("Cannot load theWindow! File not found");TRT_Exit(TRT_cid);exit(0);}/*注册回调函数*/TRT_WindowCallbacks(TRT_cid,MAIN_WINDOW_FILE,MAINFRAME_STR_callback,sizeof (MAINFRAME_STR_callback));/*显示主界面*/errorcode = TRT_WindowDisplay(TRT_cid,MAIN_WINDOW_ID);if (errorcode) {sendErrorMsg("Cannot DisplayWindow");TRT_Exit(TRT_cid);exit(0);}TRT_ClockEnable(TRT_cid, 1);/*主事件循环*/while (ContinueLooping) {c = TRT_GetInput(NULL, 0, buff,sizeof(buff), &rec_data,TRT_BLOCK);switch (c) {case 0: {/* Notification */if (rec_data.state ==TRT_window_quit) {ContinueLooping =FALSE;break;}}break;case 1: /* Callback */break;case -1: /* Non Blocking */break;case 3:/*事件处理函数*/ProcessMessage(c, buff);break;default:break;}}TRT_WindowDelete(TRT_cid,MAIN_WINDOW_ID);TRT_Exit(TRT_cid);return (0);}3.4 气象传真接收机后台应用程序软件设计气象传真接收机后台应用程序是气象传真接收机显控软件的重要组成部分. 系统的很多功能在后台应用程序中实现. 后台应用程序的主要功能为数据处理、与数字化处理装置通信和系统维护.数据处理的功能有2种：生成气象传真图和传真图操作. 生成气象图功能是控制计算机在收到数字化处理装置的中断后，将从数字化处理装置中读取的且已保存在文本文件中的气象传真图数据组合为气象传真图，并将该图实时显示. 当传真图接收结束时，将传真图转移到图像存储文件夹中. 传真图的操作功能是根据用户的具体需求，对传真图进行旋转、降噪、自动同相等操作.与数字化处理装置通信的功能是把用户通过人机界面设置的接收方式及接收频率调整等控制信息，通过中断发送给数字化处理装置，并周期性从数字化处理装置的指定位置读取反馈的工作状态信息，并将信息发送到主界面中.系统维护的功能为每次上电后系统能够自动检测文件系统. 查看系统文件是否完整，不完整则加以修复. 发现临时文件和出错文件后自动删除. 每完成组合传真图的同时，检查硬盘中已存图数目，当图像个数超出范围将自动删除最早的图像. 同时，可根据用户的需要删除全部传真图，减少无用传真图对空间的占用.在后台应用程序的主函数中，主要完成硬件系统的初始化和建立传真图数据处理任务及传真图操作任务，并等待执行界面的操作命令. 主程序的流程图6所示.主函数硬盘初始化中断初始化文件系统初始化建立任务图6 后台应用主程序流程4结束语某气象传真机显控软件使用VxWorks操作系统，Tilcon设计人机交互界面，缩短了软件的开发周期，提高了系统的可靠性和可维护性. 实际应用表明，该系统具有实时性强、操作简便等特点，能够满足用户需求，具有一定的使用价值.参考文献:[1] Wind River Systems Inc. VxWorks Programmer`sGuide5.5[Z]. Alameda: Wind River Systems Inc, 2002 . [2] Wind River Systems Inc. WindML SDK Programmer`sGuide3.0[Z]. Alameda: Wind River Systems Inc, 2002 . [3] Wind River Systems Inc. WindML DDK Programmer`sGuide3.0[Z]. Alameda: Wind River Systems Inc, 2002 . [4] Tilcon Software Ltd. Tilcon Programmer`s Guide[Z]. CA:Tilcon Software Ltd, 2005 .[5] Tilcon Software Ltd. Tilcon Product Documentation[Z]. CA:Tilcon Software Ltd, 2005 .[6] 刘炳锋，李江红，赵艾奇，等. 基于Tilcon的某武器显控系统界面设计[J]. 计算机测量与控制，2008，16(8): 1153-1160.[7] 黄文超.基于VxWorks的Webserver气象传真机软件开发与实现[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009：9-10. [8] 宫福红.气象传真机人机接口与控制软件的设计与实现[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007：20-23.[9] 张加林，李松，汪高武，等. 基于Tilcon的VxWorks图形界面开发技术[J]. 指挥控制与仿真，2007，29(5): 100-104 .[10] 韩改宁，李永锋. 基于嵌入式的Tilcon用户图形界面设计与开发[J]. 现代电子技术，2009(16): 51-62 .[11] 刘繁明，刘莎. 气象传真图格式转换及压缩的实现[J].应用科技，2010，37(9): 61-64.。