多处理器雷达系统监控程序的设计和实现

术
序。同时由于 ＧＴＫ＋是 ＧＮＵ 项目的一部分， 使用 ＬＧＰＬ
许可证， 允许用户使用它开发程序而不收取任何费
ห้องสมุดไป่ตู้
创
用， 所以我们选择 ＧＴＫ＋作为开发工具。
４．１ Ｈｏｓｔ 端监控程序的框架
新
多处理器雷达信号处理系统可以用于实现各种
不 同 体 制 雷 达 信 号 处 理 系 统 。这 就 要 求 监 控 程 序 可 以
ＤＳ Ｐ 开 发 与 应 用
文章编号：１００８－ ０５７０（２００６）０７－ ２－ ０１６４－ ０３
中文核心期刊 《微计算机信息》（嵌入式与 Ｓ ＯＣ ）２００６ 年第 ２２ 卷第 ７－２ 期
多处理器雷达系统监控程序的设计和实现
Ｒａ ｄ ａ ｒ Ｍｏ ｎ ｉｔｏ ｒｉｎ ｇ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍｕ ｌｔｉｐ ｒｏ ｃｅ ｓ ｓ ｏ ｒ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
４．３ 处理结果的动态显示 为了将雷达信号处理系统的点迹处理和脉压结 果实时更新， 必须提高绘图效率和消除闪烁现象。主 要使用下面两种技术解决这个问题。 （ １） 双缓冲的实现： 绘制？脉压图和点迹图时， 由 于每次只需更新部分区域， 所以采用双缓冲的办法。 通过声明 ｓｔａｔｉｃ ＧｄｋＰｉｘｍａｐ， 在内存中创建位图对象， 然后调用绘图函数将背景绘制在该位图对象上。最后 调用 ｇｄｋ＿ｄｒａｗ＿ｐｉｘｍａｐ 函数一次性把位图输出。 （ ２） 关于屏幕刷新的问题： 由于 Ｓｌｏａｒｉｓ 的图形界 面是基于 Ｘ ｗｉｎｄｏｗ 系统。Ｘ ｗｉｎｄｏｗ 系统出于效率考 虑， 不是将绘图命令立即发送到 Ｘ ｓｅｒｖｅｒ， 而是接收了 一批命令后， 成批发出。在非多线程程序中， 不需要担
术 Ｋｅｙ Ｗｏｒ ｄｓ： ＤＳＰ，Ｍｕｌｔｉｐｒ ｏｃｅｓｓｏｒ ，Ｍｕｌｔｉ－ ｔｈｒ ｅａｄ
创 １ 引言
新
随着数字信号处理技术的发展， 多处理器信号处
理平台成为高速信号处理平台的主流。针对多 ＤＳＰ 处
理系统的软件设计成为一个研究热点。其中如何实现
对多处理器程序的控制， 并对不同 ＤＳＰ 处理器返回的
杨阳： 硕士研究生 部委基金项目编号：Ｊ ０１－ ２００４１０５
主控节点和计 算子节点间 通 过 ＳＫＹｃｈａｎｎｅｌ 高 速 互 联 背板连接。８ 个计算子节点采取缓存一致非均匀存储 器访问（ ＣＣ－ ＮＵＭＡ） 的结构。ＣＣ（ Ｃａｃｈｅ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ） 缓存 一致是指缓存被某个 ＰｏｗｅｒＰＣ 改写 后， 系统可以 通过 高速互联总线通知其他 ＰｏｗｅｒＰＣ。这样使系统具有高 的通信带宽和低的通信延迟， 能够满足雷达信号处理 中各算法模块间的高速通信的需求。ＳＫＹ 公司提供了 ＳＫＹｖｅｃ 软件开发环境， 通过在平台上每个处理器运行 单独的程序的多计算模式， 可以获取同处理器个数相 同的有效进程数， 实现并行多任务处理。
化实时 Ｈｏｓｔ 监控程序的设计和实现。该程序设计结合
了 ＳＫＹ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ 公司提供的 ＳＫＹｖｅｃ 系统软件， 清华
大学高速信号处理实 验室的 ＤＳＭ２ 信号 处理系统， 在
Ｓｏｌａｒｉｓ 上使用 ＧＴＫ＋采用层次化方法设计和实现了 对
雷达信号处理的脉冲压缩模块运算结果、目标点迹 结
果的显示， 为 雷 达 系 统 的 监 控 和 调 试 提 供 了 有 力
起 始 地 址 ， 各 ＰｏｗｅｒＰＣ 可 以 直 接 读 取 该 地 址 上 的 数 监控线程的实现， 由于不同算法模块是运行 在不同的
据， 以实现 ＰｏｗｅｒＰＣ 间的数据通信。
ＰｏｗｅｒＰＣ 上的， 通过建立监控线程与 ＰｏｗｅｒＰＣ 之间的
４ 多 处 理 器 雷 达 系 统 的 图 形 化 监 控 对应关系， 分别监视不同 ＰｏｗｅｒＰＣ， 并调用响应层的函
（ ２） 界面层： 该层主要提供主程序层使用的基本 组件。通过利用 ＧＴＫ＋图形库提供的基本窗口组件， 构 造出雷达监控系统需要的基本显示组件， 并提供接口 供主程序层调用， 例如 ｃｒｅａｔｅＲａｄａｒＳｃｒｅｅｎ（）等。同时通
图 ３ 监控线程与 ＤＳＰ 的交互的流程图
４．２ Ｈｏｓｔ 上监控线程与 ＤＳＰ 交互的实现 对需要和 Ｈｏｓｔ 的通 信的 ＰｏｗｅｒＰＣ， 分别创 建与之 对应的线程。例如需要将脉压处理程序输出的数据和 点迹处理的数据输出到 ＲａｄａｒＳｃｒｅｅｎ 和 ＰＣＳｃｒｅｅｎ 组件 上， 则通过线程创建函数 ｐｔｈｒｅａｄ＿ｃｒｅａｔｅ 创建出与算法 所在 ＰｏｗｅｒＰＣ 对应的线程。线程函数通过检测共享内
图 １ Ｈｏｓｔ 与 ＰｏｗｅｒＰＣ 通信及 ＰｏｗｅｒＰＣ 之间通信
３ Ｈｏｓｔ 与 Ｐｏｗｅｒ ＰＣ 及 Ｐｏｗｅｒ ＰＣ 间 通信的实现
Ｈｏｓｔ 与 ＰｏｗｅｒＰＣ、ＰｏｗｅｒＰＣ 间 通 信 方 式 如 图 １ 所
－ １６４ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《现场总线技术应用 ２００ 例》
技 ｔｈｅ ＧＴＫ＋ Ｌｉｂｒａｒｙ ｔｏ ｄｒａｗ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｃｒｅｅｎ． Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｔｏ ｍｕｌｔｉ－ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｒａｄａｒ， ｉｔ’ｓ
ａｌｓｏ ｕｓｅｆｕｌ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ－ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｏｔｈｅｒ ｐｕｒｐｏｓｅｓ．
（清华大学）杨 阳 汤 俊 彭应宁 陈 希
Ｙａｎｇ ，Ｙａｎｇ Ｔａｎｇ ，Ｊ ｕｎ Ｐ ｅｎｇ ，Ｙｉｎｇｎｉｎｇ Ｃｈｅｎ ，Ｘｉ
摘要： 本 文 介 绍 了 一 种 基 于 多 ＰｏｗｅｒＰＣ 处 理 器 高 速 信 号 处 理 系 统 的 Ｈｏｓｔ 监 控 程 序 的 设 计 和 实 现 ， 该 监 控 程 序 基 于 Ｓｏｌａｒｉｓ， 实 现 了 对 雷 达 信 号 处 理 中 间 结 果 的 实 时 监 控 和 显 示 。该 程 序 利 用 Ｈｏｓｔ 与 ＰｏｗｅｒＰＣ 处 理 器 间 的 共 享 内 存 实 现 了 数 据 通 信 ， 利 用 多 线 程 监 控 来 获 取 多 个 处 理 器 的 运 算 结 果 ， 并 使 用 ＧＴＫ＋ 提 供 的 库 函 数 建 立 了 雷 达 监 控 系 统 的 图 形 化 界 面 ， 实 现 了 对 多 个 ＰｏｗｅｒＰＣ处 理 器 处 理 结 果 的 显 示 和 更 新 。 其 方 法 也 可 用 作 设 计 和 实 现 其 他 目 的 的 多 处 理 器 系 统 的 监 控 程 序 的 参 考 。 关键词： ＤＳＰ； 多处理器系统； 多线程 中图分类号： ＴＰ３１１ 文献标识码： Ａ
的支持。
２ 多处理器雷达系统的编程模型
开发监控程序 的硬件 平 台 是 ＳＫＹ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ 公 司 生产的基于 ＰｏｗｅｒＰＣ７４１０ 的多 处理器系统 ， 是一个具 有 强 大 的 信 号 处 理 能 力 的 多 处 理 器 计 算 平 台 。该 平 台 由 Ｓｐａｒｃ 主 控 节 点 和 ８ 个 ＰｏｗｅｒＰＣ 计 算 子 节 点 构 成 ，
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ＤＳ Ｐ 开 发 与 应 用
示。
过 ＧＴＫ＋提供的回调（ Ｃａｌｌｂａｃｋｓ） 机制，调用响应层中的
（１） Ｈｏｓｔ 与 ＰｏｗｅｒＰＣ 间数据通信方式： ＰｏｗｅｒＰＣ 与 界面更新函数， 实现组件显示信息的更新。
Ｈｏｓｔ 的 通 信 是 通 过 信 号 与 共 享 内 存 的 方 式 实 现 的 。
区， 然后向 Ｈｏｓｔ 发出信号， Ｈｏｓｔ 响应该信号， 调用信号 命令， 达到控制雷达信号处理系统各模块的目的。
处理函数， 读取共享内存区中的数据。
（ ４） Ｈｏｓｔ 层： 该层主要提供与 Ｈｏｓｔ 与 ＰｏｗｅｒＰＣ 间
（ ２） ＰｏｗｅｒＰＣ 间数据通信方式： ＳＫＹ 系统是分布 的通信功能， 并对 ＰｏｗｅｒＰＣ 运行的状 态进行监控 ， 响
技 心这些细节， 是因为当主函数中的循环重新得到控制 权后， 任何 Ｘ 请求都会立即发送到 Ｘ ｓｅｒｖｅｒ 上。然而，
术 如果发出 ＧＴＫ＋请求 的线程不是 主函数中的 循环， 则 ＧＴＫ＋不知道该何时送出已经打包的命令。因此， 当在
数据进行实时显示是一个重要的任务。近年来， 越来
越 多 的 雷 达 信 号 处 理 系 统 采 用 多 ＤＳＰ 处 理 器 系 统 来
实现， 各个 ＤＳＰ 处理器运行不同的雷达信号处理算法
模块， 如何将各个算法模块的运算结果显示输出成为
一个需要解决的问题。本文介绍了在一个基于多
ＰｏｗｅｒＰＣ 处理器的雷达信号处理系统的实现中， 图形
针对多处理器雷达信号处理系统监控的需要， 监 控程序采用主从式的编程模型， 使 Ｈｏｓｔ 程序通过系统 调 用 把 程 序 加 载 到 ＰｏｗｅｒＰＣ 上 ， 在 程 序 运 行 中 对 ＰｏｗｅｒＰＣ 上的算法模块进行控制， 由 ＰｏｗｅｒＰＣ 将处理 后的 目标数据和 脉压结果返 回 给 Ｈｏｓｔ 端 ， 再 由 Ｈｏｓｔ 端将结果以图形化的方式动态显示。在程序运行中， Ｈｏｓｔ通过共享内存和进程间通信实现对 ＰｏｗｅｒＰＣ 上的 进程的控制和协调。
适应各种体制雷达对于监控显示数据的不同需求。因
此在设计上， 就要求雷达系统的监控程序分层设计，
将表示层与逻辑层分开， 使得程序易于修改和剪裁以
适应不同要求。针对这种需求， 我们将监控程序分为
如图 ２ 所示各层。
图 ２ Ｈｏｓｔ 端 ＧＵＩ 程序框架
（ １） 主程序层： 该层主要是利用界面层提供的各 种基本组件， 构造出雷达系统的控制界面。这里指的 各种基本组件是指雷达系统中的组件模块： 如雷达屏 幕（ ＲａｄａｒＳｃｒｅｅｎ） ， 脉压屏幕（ ＰＣ Ｓｃｒｅｅｎ） 等。要满足各 种体制雷达的监控需求， 只需要选择不同的组件模块 即可。
式内存统一编址多处 理器系统。ＰｏｗｅｒＰＣ 间 通过 ＩＰＣ 应 ＰｏｗｅｒＰＣ 发出的处理完成信号。按照响应层发出的
（ 进程间通信） 实现数据交互。各个雷达信号处理的算 命令， 对 ＰｏｗｅｒＰＣ 的运行状态进行控制。
法模块通过 ＩＰＣ（ 进程间通信） 在 ＰｏｗｅｒＰＣ 间传递数据
（ ５） 多线程层： 该层主要提供对应各算法模块的
《Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － １６５ －
ＤＳ Ｐ 开 发 与 应 用
中文核心期刊 《微计算机信息》（嵌入式与 Ｓ ＯＣ ）２００６ 年第 ２２ 卷第 ７－２ 期
存区中输出数据的标志位， 判断输出数据是脉压数据 还是点迹处理的数据， 然后调用相应的更新函数更新 屏幕。Ｈｏｓｔ 上监控线程与 ＤＳＰ 上交互的流程图如图 ３ 所示．
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ａ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ－ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＫＹ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ’ｓ ＳＫＹｖｅｃ
Ｓｙｓｔｅｍ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｔｒａｃｋ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｕｌｔｉｐｒｏｃｅｓｓｏｒ’ｓ ｒｅｓｕｌｔ， ｗｅ ｕｓｅ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ ｔｈｒｅａｄ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｆｒｏｍ ｍｕｌｔｉｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ａｎｄ ｕｓｅ
程序
数， 实现处理结果的显示更新。
由于监控程序的 Ｈｏｓｔ 运行在 Ｓｏｌａｒｉｓ 操作系统上。
所 以 必 须 选 择 可 以 在 Ｕｎｉｘ 下 的 运 行 图 形 界 面 库 。 ＧＴＫ＋是 跨 平 台 的 用 于 创 建 图 形 用 户 界 面 的 工 具 库 。通
技
过提供一整套窗口组件， 可以构建完整的 ＧＵＩ 应用程
（ ３） 响应层： 该层主要提供各种雷达系统监控和
ＰｏｗｅｒＰＣ 与 Ｈｏｓｔ 通 过 共 享 一 段 在 程 序 初 始 化 时 分 配 显示组件的更新函数。通过调用这些函数， 可 以改变
出来的指定大小的内存实现相互间通信。当 ＰｏｗｅｒＰＣ 雷达系统基本组件的显示， 实现雷达信号处 理系统的
需要将数据传送到 Ｈｏｓｔ 上时， 先把数据写入共享内存 监控。同时通过响应界面的用户输入， 向 Ｈｏｓｔ 层发出