基于PC/104的1553B總線測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

　　底層設(shè)備驅(qū)動配置
　　驅(qū)動程序為硬件平臺和應(yīng)用軟件間提供一個固定接口的軟件層，應(yīng)用程序必須通過驅(qū)動程序才能與硬件進行數(shù)據(jù)通信。而驅(qū)動程序的編寫又與操作系統(tǒng)密切相關(guān)，具體的操作系統(tǒng)對驅(qū)動的要求有所不同，本設(shè)計的底層驅(qū)動和操作系統(tǒng)VxWorks及任務(wù)關(guān)系圖如圖5所示。根據(jù)本系統(tǒng)的實際需要，編寫了與VxWorks系統(tǒng)密切相關(guān)的底層設(shè)備驅(qū)動。

　　首先介紹1553B通訊卡的驅(qū)動配置。本系統(tǒng)選用的1553B通訊卡有兩種板卡訪問方式：內(nèi)存映射和I/O訪問。I/O尋址采用專門的指令，編程缺乏靈活性，并且每次只能傳送單個字節(jié)；而內(nèi)存映射方式指令豐富，編程方便、硬件節(jié)省，便于實現(xiàn)快速交換數(shù)據(jù)。故選用內(nèi)存映射方式，PC/104可以映射的空間為0xC8000~0xEFFFF，選取內(nèi)存映射基地址為0xD0000。同時INT引腳通過跳線選擇IRQ9。軟件設(shè)置如下：

　　1）調(diào)用setup_fw.c將固件庫源文件F002p.dat生成與ASF-P104卡匹配的Firmware.h（固件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）文件，為板卡硬件提供匹配的接口定義信息；
　　2）在sbs_sys.h文件中添加#define VXWORKS和#define NO_FILE_SYSTEM語句行，設(shè)置操作系統(tǒng)信息；
　　3）在dev_cfg.h文件中按如下設(shè)置定義設(shè)備配置信息：

　　配置好軟件設(shè)置后就是1553驅(qū)動程序的實現(xiàn)，即完成設(shè)備驅(qū)動函數(shù)的編寫。在編寫函數(shù)之前，需要定義驅(qū)動號以及設(shè)備的描述符，這在頭文件中實現(xiàn)，如下所示：
 

}M1553_DEV; /*1553設(shè)備描述符*/
頭文件定義完畢就可以編寫函數(shù)了，以編寫M1553Drv( )函數(shù)為例。M1553Drv( )函數(shù)調(diào)用iosDrvInstall( )安裝設(shè)備的驅(qū)動例程。它在設(shè)備驅(qū)動程序表中為設(shè)備分配一個條目，并在其中填入此設(shè)備xxCreate( ),xxDelete( ),xxOpen( ),xxClose( ),xxRead( ),xxW rite ( )和xxIoctl( )等函數(shù)的地址。函數(shù)實體如下：

 
　　一一編寫其他的1553設(shè)備驅(qū)動函數(shù)M1553DevCreate( ),M1553Open( ),M1553Read( )和M1553Write( )以及中斷服務(wù)程序M1553Int( )。

　　以上為1553B卡的底層驅(qū)動編寫，ADT600與之類似，只是頭文件有差異，同理編寫設(shè)備函數(shù)ADC_InitializeBoardSettings（），ADC_DigitalToSBS（），ADC_SetChannel（），ADC_StartConversion（），ADC_ConversionDone（）和ADC_ReadData（）。至此，設(shè)備驅(qū)動配置完成，將驅(qū)動程序加載至應(yīng)用程序，上層程序代碼就可以直接調(diào)用這些底層驅(qū)動函數(shù)進行編程。

　　任務(wù)設(shè)計
　　VxWorks是一個實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，因此根據(jù)系統(tǒng)的功能模塊要求，將應(yīng)用程序分割成若干個獨立的任務(wù)，使CPU通過操作系統(tǒng)來調(diào)度多個任務(wù)，輪番服務(wù)于一系列任務(wù)中的一個，使得應(yīng)用程序的設(shè)計大大簡化，并使程序的結(jié)構(gòu)模塊化、層次化。同時，使用了實時內(nèi)核，所有時間要求苛刻的事件都可以盡可能快地得到處理。

　　任務(wù)劃分的好壞直接影響到系統(tǒng)的性能。將一個實時應(yīng)用問題分解為多個任務(wù)，可以加快執(zhí)行速度，且有效地利用系統(tǒng)資源。但是，過度地分解任務(wù)，將會使系統(tǒng)中有大量的任務(wù)，需頻繁地進行任務(wù)的切換，任務(wù)之間還要進行很多同步和互斥控制，將增加系統(tǒng)服務(wù)工作，降低系統(tǒng)的速度和有效性。因此，劃分任務(wù)時必須進行各種綜合平衡和折衷，有時將兩個操作合并在一起處理效果好些，但有時必須分開處理。這都依賴于實時應(yīng)用的特性。

　　根據(jù)系統(tǒng)功能需求，主任務(wù)劃分如下，任務(wù)間總體上采用優(yōu)先級搶占機制進行調(diào)度，各任務(wù)功能及優(yōu)先級的劃分如表2所示。PC/104優(yōu)先接受來自飛機控制設(shè)備的命令字，然后執(zhí)行負載控制任務(wù)，等待控制任務(wù)釋放信號量后，程序就執(zhí)行數(shù)據(jù)采集及發(fā)送任務(wù)，通訊監(jiān)控任務(wù)對數(shù)據(jù)的接發(fā)進行實時監(jiān)控，確保無信息的丟失，更重要的是，第一時間傳遞發(fā)控設(shè)備的控制命令，若啟動重發(fā)機制之后仍然接受不到信息則會報錯。而硬件初始化及自檢測任務(wù)只是在主程序開始時調(diào)用，由于優(yōu)先級的限制，只有等待再次軟啟動之后才會再次執(zhí)行。

　　除了優(yōu)先級的搶占外，主要任務(wù)間還通過設(shè)置信號量進行二次調(diào)度，確保任務(wù)的連續(xù)正確執(zhí)行及資源的合理分配，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)。在主程序引導(dǎo)函數(shù)ProgStart( )中，建立了2個二進制信號量和1個互斥信號量：semCON，semSEND，currNodeSemId。semCON信號量用于數(shù)據(jù)接收任務(wù)和監(jiān)控任務(wù)的信息傳遞，主要是數(shù)據(jù)的超時重發(fā)機制監(jiān)控；semSEND信號量用于數(shù)據(jù)采集任務(wù)和數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)的信息傳遞；currNodeSemId信號量用于數(shù)據(jù)采集監(jiān)控任務(wù)中數(shù)據(jù)采集的完整性而設(shè)立的信號量，避免通訊任務(wù)搶占臨界資源以及調(diào)用不合理而產(chǎn)生"死鎖"現(xiàn)象。其中，2個二進制信號量創(chuàng)建時為空（SEM_EMPTY），處于不可用狀態(tài)，高優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行semGive（）釋放后變?yōu)闈M（SEM_FULL），變?yōu)榭捎脿顟B(tài)，供低優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行semTake（）使用。互斥信號量currNodeSemId創(chuàng)建時，為了避免優(yōu)先級倒置的情況以及為任務(wù)提供刪除安全，聯(lián)合使用了SEM_Q_PRIORITY、SEM_INVERSION_SAFE、SEM_DELETE_SAFE選項聯(lián)合使用，使用按位或操作，程序代碼如下：

　　currNodeSemId=semMCreate(SEM_Q_PRIORITY|SEM_INVERSION_SAFE|SEM_DELETE_SAFE)
程序最后執(zhí)行ProgStop（）結(jié)束主程序，刪除創(chuàng)建的任務(wù)并釋放信號量資源。因為程序中使用了互斥信號量，并啟動了互斥信號量的任務(wù)刪除保護功能，所以在刪除任務(wù)之前，必須先成功占有互斥信號量。先刪除任務(wù)，再刪除信號量。

結(jié)束語

　　本文主要講述了1553B總線測控系統(tǒng)的設(shè)計及其在VxWorks下的軟件開發(fā)過程。實際中，建立了地面最小實驗系統(tǒng)，經(jīng)過聯(lián)機調(diào)試，測控系統(tǒng)運行正常，系統(tǒng)具有很好的實時性和穩(wěn)定性，達到了預(yù)期效果。