VxWorks操作系统在多功能相控阵雷达中的应用

V x W o rk s操作系统在多功能相控阵雷达中的应用Ξ

黄银园

(南京电子技术研究所　南京210013)

【摘要】　提出了把抢占式实时多任务操作系统V x W o rk s引入到雷达系统,特别是多功能相控阵雷达中的必要性;分析了V x W o rk s操作系统的优点;针对其图形功能弱的缺点和现有雷达显示系统的硬件条件,作者提出了在V x W o rk s操作系统下实现高分辨率光栅图形显示的方法及具体的实现过程。此方法适用性广,能应用于以Tm s34010(或Tm s34020)图形芯片为核心的任何雷达系统。

【关键词】　抢占式实时操作系统,多任务,相控阵雷达,高分辨率光栅显示

A pp licati on of V x W o rk s O p erating System

in M u ltifuncti onal Phased A rray R adar

HUANG Y i n-yuan

(N an jing R esearch In stitu te of E lectron ics T echno logy　N an jing210013)【Abstract】　T he paper p resen ts V x W o rk s,a p reemp tive real2ti m e m u ltitask operating system(R TO S)app lied in radar system,especially emphasizes the essen tial of the app licati on of V x W o rk s operating system in m u ltifunc2 ti onal phased anay radar.It analyzes the good qualities of the V x W o rk s operating system;po in ted to V x W o rk s’s sho rtcom ing in graph ics p rocessing and ex isting hardw are conditi on of radar disp lay system,th is paper po in ts ou t the techn ique and its detailed i m p lem en tati on of h igh reso lu ti on raster graph ics disp lay in V x W o rk s operating sys2 tem.T h is m ethod can be w idely u sed in any radar system w ho se graph ics board CPU based on TM S34010o r TM S34020.

【Key words】　p reemp tive real2ti m e operating system,m u ltitask,phased array radar,h igh reso lu ti on raster disp lay

1　引　言

多功能相控阵雷达集搜索、跟踪、制导等功能为一体。它具有如下特点:1)搜索与跟踪功能兼备,具有多目标的跟踪能力;2)能对多枚导弹发出制导指令;3)反应时间短。这些任务都是相对独立的且不需要串行完成的。而且任务也有优先级之分,优先级高的任务需立即响应,而其它的一些任务可以迟后一些完成。这就要求计算机系统必须具备实时处理多任务的能力。整个相控阵雷达都要在系统软件统一管理指挥下运行。合理调度,管理各雷达资源以保证优先级高的任务能实时完成,而其它的任务也能在一定的时间限内完成则必须引入多任务抢占式实时操作系统。以往的单任务模式的操作系统(如DO S)和以时间片为调度基础的多任务操作系统已根本不能满足相控阵雷达的要求。在众多的实时多任务操作系统中,V x W o rk s以其优良的功能和卓越的性能成为多功能相控阵雷达的首选。2　V x W o rk s操作系统的特点

V x W o rk s操作系统是由美国W indR iver公司推出的嵌入式实时操作系统。厂商对系统的实时性、高可靠性等进行了精巧设计;而且还提供了独立而完备的系统开发和性能测试工具。主要有以下优点:

1)高性能的微内核结构:W ind Kernal最小时才几K,提供了很大的灵活空间和裁剪空间,满足各个嵌入式应用的要求。它的主要特点是:

a1高效的任务管理:无限数目多任务,具有256个优先级。

b1快速灵活的任务间通讯:

三种信号灯(Sem ap ho re):二进制、计数、有优先级继承特性的互斥信号灯。管道(P i p e)、消息队列(M essage queue)、信号(Signal)。网络套接字(Sock2 et)。共享内存(Shared M em o ry)。

2)多任务环境:因为外部事件是离散的、并发的,事件发生的顺序是不可预测的。多个事件可以

2001年8月现代雷达第4期Ξ

以列队的方式进行调度,或依次序处理,或并发处理。多任务环境提供了一种并发处理实现的机制,并发机制是通过让很多任务并行运行而实现的。

3)强实时性:最大响应时间≤10Λs,主要体现在以下三点:

a.CPU调度方式以优先级为基础的抢占方式。高优先级的任务可以打断低优先级的任务。对于同一优先级的任务可以按时间片轮询方式,也可以是F IFO方式。

b.系统开销小:系统任务与应用程序任务都运行于超级模式(Sup erviso r m ode),节省了系统调用时间(由用户态进入系统态的时间);内存管理方式为F lat M ode,所有的任务都驻留于同一公共内存空间,节省了任务切换时间(T ask Con tex t Sw itch)。

c.任务切换使用中断驱动方式:中断服务程序没有任务上下文(T ask Con tex t),缩短了中断的时延。

4)良好的系统稳定性和可靠性。某一任务的错误不会影响其它任务的执行,操作系统挂起错误任务,其它的应用任务和系统不会受到影响。

5)对称式多CPU支持:多个CPU运行可提高运算能力。在每个处理器内部多任务并行可提高系统的响应时间,防止单个任务阻塞其它任务。多个CPU中的某个CPU发生故障也不会影响其它CPU工作。通过对并发事件的并行处理能使事件并行运行,从而提高响应速度。

6)强大的网络功能支持:提供TCP IP协议组的支持;还提供一些实用程序和服务,如FT P Ser2 vices,远程过程调用(R PC),远程登录,远程文件存取等等。

7)灵活方便的I O系统,使得用户添加设备驱动程序非常方便。

8)程序代码移植性好:支持PO S I X1003.1b规定,在不同的处理器上开发的应用程序一致。

9)快速灵活的文件系统:支持网络信息交换,文件系统包括局部文件系统和远程文件系统,通过网络可“透明”的(T ran sp aren t)与另一个具有客户机 服务器的网络文件系统共享文件。

10)提供友好的交叉开发平台:

a.开发集成环境To rnado有两种版本支持:基于W indow系统和基于U n ix系统的开发平台,具有可视化图形界面,程序开发直观方便。

b.开发语言采用C、C++。

c.调试方式灵活:可采用任务级的调试方式,各任务可单独调试;也可以采用系统级调试。

d.支持应用程序的动态联接和动态下载,使开发者省去了每次调试都将应用程序与操作系统进行联结和下载的步骤,缩短了编辑-调试周期。

V x W o rk s还提供了许多软件工具,如W ind2 V iew、Scop ePak等帮助开发者动态调试诊断应用系统,还提供性能测试包Perfo rm ancePark,检查内存泄漏和查看CPU工作情况等。V x W o rk s操作系统已成为嵌入式系统和实时应用系统的主流。

V x W o rk s是多功能相控阵雷达中计算机操作系统的最佳选择。但是V x W o rk s支持的图形用户环境很弱,它只支持标准的V GA模式。作为人与雷达交互的雷达显示器要求显示分辨率远远大于640x480,所以在此平台上,我们需要解决高分辨率雷达图形、图像显示问题。

3

　雷达计算机与显示系统接口

图1　雷达计算机与显示系统接口框图

如图1所示,V x W o rk s运行于计算机硬件平台上,与应用软件一起完成雷达要求的各项功能。面对有限的雷达资源,必须保证以最大的概率去完成雷达的任务。因此,雷达系统资源的调度必须遵循一定的原则。在任何情况下,都不能延误高优先级(即紧急)的任务。任务优先级的划分主要以雷达战术指标和目标威胁程序为准则,一般认为在近距离且高速度接近的任务都属于优先级高的任务。任务运行的结果最终输出有两种形式:

a.以控制命令的形式发送给雷达其它子系统。

b.以图形的形式输出各种目标数据到高分辨率光栅显示器上。其中包括各种现场环境、态势、汉字、字符等等各种信息,提供一个清晰的雷达画面,供指挥员观察、分析、决策。因此,在V x W o rk s下解

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第4期 黄银园:V x W o rk s操作系统在多功能相控阵雷达中的应用