基于Windows平台的实时扩展子系统（RTX）研究及其在雷达系统中的应用

论文摘要

在雷达软件系统中,很多操作系统都是采用Windows操作系统,而Windows操作系统作为非实时操作系统,对某些实时性要求较高的应用就无法胜任。但是由于其便捷的人机交互界面、大量的第三方控件支持等优点,具有在其他操作系统下开发无法比拟的优势,系统研发效率高。同时由于Windows系统对硬件的封装,使得在Windows下硬件的驱动程序的编写变的比较困难,而雷达系统中大量采用自研的计算机板卡,为这些板卡开发驱动工作量非常大。这就要求我们采用合适的技术来解决上述需求和困难。雷达上的软件按实时性要求基本可分为两类：一类是雷达上控制类软件子系统,如波控、通道控制等,它们一般采用实时操作系统Vxworks,此类软件的特点是：有严格的实时性要求,很少有人机交互,或只有简单的界面,仅用来显示运行状态；另一类是以数据处理、目标显示为代表的信息处理类软件子系统,它们的特点是：有大量的人机交互信息,有华丽的交互界面,基本没有实时性要求,或仅有很少的模块需要较低的实时性功能。现在数字雷达的概念已经提出,并已开始付诸实施。这就带来两个显著的改变：一、原先控制类软件从需要较少的人机交互变为需要大量的人机交互,用以实时监视、控制雷达的运行状态、运行参数；二、信息处理类软件需要实时根据目标的当前情况,控制雷达的运行状态、运行参数,从而使得信息处理类软件的部分功能模块由对实时性要求低（ms级）,变为对实时性要求高（us级）在某雷达系统研发中,我们成功地应用了Windows实时扩展子系统（RTX）解决了Windows操作系统实时性不足的问题,同时采用RTX操控计算机硬件也比较便利不需要写专门的驱动程序,可以采用类似DOS下硬件访问的方式,采用类似Output、Input函数直接对硬件端口进行读写操作。由于采用RTX扩展,可将Windows系统对消息和中断的响应时间从20us提高到5us,同时将响应时间的确定性（响应时间的确定性是一个操作系统实时性的一项最重要指标）由80us提高到5us左右,即来了一个中断消息,Windows系统在20-100us内都有可能才响应,而使用RTX则在绝大多数情况下5-10us内会响应。这对于雷达系统中的硬件控制信号时序的设计,有着至关重要的影响。同时RTX允许用户直接对硬件端口进行访问,极大的方便了硬件控制（不是驱动）程序的编写。由于RTX是Windows系统的一个扩展,它可以直接调用Windows函数,同时被Windows程序调用,以及RTX程序和Windows程序之间有着十分方便的消息互发和数据共享。采用RTX技术开发雷达系统,即有效解决了Windows系统实时性不足和硬件访问困难的问题,又充分发挥Windows系统开发的诸多优点。经实践表明,使用RTX技术将以往基于Windows系统的操作界面和基于VxWorks系统的实时控制的雷达系统统一到单一的Windows系统下,开发的雷达系统实时性满足指标要求,系统复杂度大大降低,可靠性得到提高。同时开发的系统可维护性大大提高,系统开发难度显著降低,开发效率显著提升,开发的系统架构合理,操作便捷,达到了预期的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的目的
• 1.3 论文的主要工作及论文的结构
• 2 RTX系统工作原理研究
• 2.1 实时的概念
• 2.2 实时、非实时操作系统比较
• 2.3 RTX系统实时扩展原理
• 2.4 RTX系统结构
• 2.5 RTX系统的实时性处理
• 2.6 RTSS环境中的进程间通信（IPC）
• 2.7 RTSS环境中的快速计时器支持
• 2.8 RTSS环境中的动态链接库
• 2.9 RTSS环境中的结构异常处理
• 2.10 RTSS环境中对即插即用设备和电源的管理
• 2.11 RTSS环境中对多处理器的支持
• 2.12 RTX系统下的程序
• 2.13 本章小结
• 3 雷达软件工作过程和特点研究
• 3.1 雷达软件的工作过程
• 3.2 雷达软件的特点
• 3.3 本章小结
• 4 RTX在雷达软件中应用的关键技术研究
• 4.1 雷达的控制方式（时序、内存、定时）
• 4.2 雷达系统中以太网络的实时性改造
• 4.3 程序架构设计技术
• 4.4 本章小结
• 5 工程实例
• 5.1 应用雷达系统介绍
• 5.2 RTX在雷达系统中的具体应用
• 5.3 数据处理软件介绍
• 5.4 发现的一些工程问题
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献