论文摘要
实时仿真试验是验证无人机飞行控制系统必不可少的重要手段。本文采用高实时性和高可靠性的VxWorks实时操作系统,完成了仿真系统软件的设计与开发,并以某小型无人机为例实现了其实时仿真试验。本文首先介绍了无人机飞行控制系统仿真的系统结构,分析和设计了仿真计算机的软硬件结构,同时从系统内核着手对VxWorks的实时性能作了详细的研究。其次分析了VxWorks系统BSP(Board Support Package)的基本概念、功能、结构以及开发思想,并在此基础上开发了基于PC/104总线下嵌入式X86 CPU的BSP,同时给出了系统开发环境的配置情况以及应用程序自启动的实现方法。再次从VxWorks下I/O系统和驱动程序的关系入手,分析了VxWorks中I/O系统调用和驱动程序的实现过程,在此基础上实现了VxWorks下PC/104板卡驱动程序的移植开发。接着建立了C语言下样例无人机的六自由度非线性数学模型与仿真;根据真实传感器的接口特性实现了传感器的仿真设计;并根据仿真设备的主—从式结构特点,设计了实时通信协议,完成了数据通信模块的开发。最后通过样例无人机的实时仿真实验,对基于VxWorks操作系统开发的实时仿真系统软件进行了验证。试验结果表明该软件系统运行可靠、实时性好,满足集成化仿真系统的设计要求。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 引言1.2 无人机飞行仿真1.3 研究背景1.3.1 模拟计算机仿真技术1.3.2 分布式仿真技术1.3.3 集成式仿真技术1.4 论文研究内容1.5 论文研究意义1.6 论文的章节安排第二章 仿真计算机总体设计方案及分析2.1 引言2.2 仿真系统整体框架2.3 集成化仿真设备的组成结构2.3.1 仿真计算机2.3.2 人机界面2.4 仿真计算机的软硬件结构体系分析2.4.1 硬件结构体系分析2.4.2 软件结构体系分析2.5 VxWorks 操作系统结构分析2.5.1 VxWorks 系统的基本结构2.5.2 微内核结构分析2.5.3 中断机制2.6 VxWorks 下实时任务管理2.6.1 任务控制块（TCB）2.6.2 任务状态2.6.3 任务间通信2.7 集成开发环境Workbench2.8 小结第三章 板级支持包BSP 的开发实现3.1 引言3.2 VxWorks 的BSP3.2.1 BSP 简介3.2.2 BSP 的功能3.2.3 BSP 的组织结构3.3 BSP 的开发实现3.3.1 BSP 的开发思想3.3.2 硬件资源的开发3.3.3 BSP 开发的具体实现3.3.4 BSP 的调试方法3.4 开发环境的配置3.4.1 引导盘CF 的制作3.4.2 VxWorks 映像及启动序列3.4.3 主、目标机的链接3.5 应用程序自启动实现3.5.1 基于静态链接的自启动实现3.5.2 基于动态链接的自启动实现3.5.3 不同链接方式的比较3.6 小结第四章 VxWorks 下板卡驱动程序的开发4.1 引言4.2 VxWorks 下的设备驱动程序4.2.1 驱动程序接口函数4.2.2 与驱动程序关联的表4.2.3 I/O 系统启动流程4.2.4 设备访问实现过程4.3 VxWorks 下PC/104 板卡驱动程序的开发实现4.3.1 设备在VxWorks 中的地址映射4.3.2 驱动程序实现方式4.3.3 串口板驱动程序开发4.3.4 D/A 卡驱动程序开发4.4 小结第五章 无人机对象特性建模5.1 引言5.2 无人机非线性数学模型5.3 无人机气动力/力矩的计算5.4 数学模型的仿真算法5.5 无人机数学模型的编程实现5.6 小结第六章 传感器仿真技术与数据通信模块设计6.1 传感器仿真技术6.1.1 数据结构设计6.1.2 传感器通用仿真结构6.1.3 传感器仿真的C 语言实现6.2 数据通信模块设计6.2.1 VxWorks 中串行通信的研究6.2.2 上行数据通信设计6.2.3 下行数据通信设计6.3 小结第七章 仿真系统的运行与验证7.1 样例无人机实时仿真验证过程7.1.1 无人机仿真系统平台7.1.2 仿真系统软件加载7.1.3 模拟信号标定7.1.4 人机界面参数配置7.2 仿真测试与验证7.2.1 代码实时可视监控7.2.2 代码执行效率对比7.2.3 仿真曲线实时显示7.3 小结第八章 总结与展望8.1 课题工作总结8.2 后续工作展望参考文献致谢在学期间发表论文情况附录
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