交互式應(yīng)用一舉兩得 實(shí)時(shí)仿真與嵌入式系統(tǒng)并構(gòu)

1、前言

對于程序開發(fā)和許多交互式應(yīng)用來說，UNIX和Windows可以算是優(yōu)秀的操作系統(tǒng)。然而，它們都不適于實(shí)時(shí)應(yīng)用。Tornado是美國 WindRiver公司為用戶提供的嵌入式開發(fā)平臺，VxWorks是Tornado的運(yùn)行期組件，也是嵌入式行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 VxWorks的實(shí)時(shí)性做的非常好，其系統(tǒng)本身的開銷很小，任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間通信和中斷處理等系統(tǒng)公用程序精煉而高效，他們造成的延遲很短。 VxWorks提供的多任務(wù)機(jī)制對任務(wù)的控制采用了優(yōu)先級搶占調(diào)度和輪轉(zhuǎn)調(diào)度機(jī)制，也充分保證了可靠的實(shí)時(shí)性，使同樣的硬件配置能夠滿足更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性要求，為應(yīng)用的開發(fā)留下更大的余地。

RTW(Real-Time Workshop)是Matlab圖形建模和仿真環(huán)境Simulink的一個(gè)重要的補(bǔ)充功能模塊，它是一個(gè)基于Simulink的代碼自動生出環(huán)境，它能直接從Simulink的模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個(gè)性化的代碼，并根據(jù)目標(biāo)配置自動生成多種環(huán)境下的程序。

RTW提供了幾個(gè)快速原型化的目標(biāo)，其中包括提供了從Simulink模型到VxWorks應(yīng)用代碼的自動轉(zhuǎn)換接口Tornado Real-Time Target，可以讓用戶的模型在VxWorks上執(zhí)行。

2、Tornado(VxWorks)實(shí)時(shí)目標(biāo)運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)

開發(fā)VxWorks實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的典型配置，如圖1所示：

圖1 VxWorks實(shí)時(shí)應(yīng)用開發(fā)的經(jīng)典配置

實(shí)時(shí)代碼在主機(jī)上，用Tornado提供的交叉編譯器編譯。通過RTW的Tornado實(shí)時(shí)目標(biāo)生成目標(biāo)文件(vxmodel.lo)，可通過 Tornado集成開發(fā)環(huán)境的WindSh下載到VxWorks目標(biāo)機(jī)。實(shí)時(shí)程序在VxWorks目標(biāo)機(jī)上執(zhí)行，通過IO設(shè)備和外部硬件交換數(shù)據(jù)，并保持和主機(jī)之間的相互通信。

實(shí)時(shí)程序運(yùn)行在VxWorks目標(biāo)機(jī)上，而Simulink運(yùn)行在主機(jī)上。Simulink需要VxWorks目標(biāo)機(jī)上運(yùn)行的任務(wù)來處理通信過程。 Tornado(VxWorks)Real-Time Tartget生成如下VxWorks任務(wù)：一個(gè)用于和Simulink通信，其他用于完成模型功能[2]。

3、Tornado(VxWorks)實(shí)時(shí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過程

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

我的實(shí)驗(yàn)環(huán)境如下表：

表1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境3.2 實(shí)時(shí)目標(biāo)的具體實(shí)現(xiàn)步驟

為了通過Real-Time Workshop實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行一個(gè)基于VxWorks的實(shí)時(shí)程序，用戶可按如下的步驟進(jìn)行：

(1) 在Matlab/Simulink下建立一個(gè)模型，這里以一個(gè)經(jīng)典的PID模型為例：

圖2 實(shí)驗(yàn)所采用的經(jīng)典PID模型

模型采用外部工作模式(External Mode)，并設(shè)置Simulink Parameters對話框中的參數(shù)：