基于VxWorks的船舶运动半物理仿真系统平台的设计与实现

论文摘要

为了解决原船舶运动半物理仿真系统中存在着的系统可扩展性和实时性等方面的问题,采用了目前较流行的实时性嵌入式操作系统VxWorks作为其操作系统的平台,并在原有系统的基础之上设计了新的船舶运动数据采集系统、船舶运动模拟器控制器以及跨平台的网络通信系统。本论文的内容主要是围绕该系统展开的。首先,本文针对目标机PC/104进行了VxWorks操作系统开发环境的构建。主要包括VxWorks操作系统的启动过程的分析、针对目标机PC/104的VxWorks的BSP的设计、VxWorks操作系统的裁剪以及VxWorks操作系统开发环境的建立等内容。最终,利用了CF卡作为引导存储介质,成功地在目标机PC/104上构建了一个基于网络加载操作系统映像文件的主机目标机的开发环境,并且通过了系统的联机调试,为嵌入式系统的应用开发提供了基础。其次,本文总体介绍了船舶运动半物理仿真系统的组成及各组成部分功能的实现方法；然后,介绍了其中船舶运动数据采集系统和船舶运动模拟器控制器两个子系统的硬件的实现,包括这些系统的主要功能和结构、PC/104通用嵌入式计算机平台、电子罗盘以及步进电机及其驱动技术等；最后,重点介绍了船舶运动数据采集系统和船舶运动模拟器控制器两个子系统的驱动程序和应用程序的设计方法,包括串口的驱动程序设计、触摸屏的驱动程序设计、数据采集的应用程序设计以及电机控制的应用程序设计等,并且设计了基于VxWorks和Windows的跨平台的网络通信系统,给出了网络通信程序的基本架构和程序结构图。最后,本文对船舶运动半物理仿真系统中的船舶运动模拟器控制器和跨平台网络通信系统进行了功能的调试试验,同时对整个船舶运动半物理仿真系统针对航向控制进行了总体的调试试验,并对试验的结果进行了分析和研究,最后给出了一些改进意见。试验结果表明新的船舶运动半物理仿真系统能够很好地解决原船舶运动半物理仿真系统中存在着的各种问题。该仿真系统的成功建立不仅能够加快相关产品的开发速度,而且还能够降低开发成本和节省人力物力,因此具有非常重要的科研和实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 嵌入式实时操作系统VXWORKS
• 2.1 嵌入式操作系统
• 2.2 嵌入式实时操作系统VXWORKS
• 2.3 VXWORKS操作系统的构建
• 2.3.1 VxWorks启动过程的分析
• 2.3.2 针对PC/104的VxWorks BSP的设计
• 2.3.3 VxWorks操作系统的裁剪
• 2.3.4 VxWorks开发环境的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 船舶运动半物理仿真系统的硬件实现
• 3.1 引言
• 3.2 船舶运动半物理仿真系统的组成
• 3.2.1 船舶运动模拟器
• 3.2.2 执行机构
• 3.2.3 船舶运动控制器
• 3.2.4 船舶运动仿真产生器
• 3.2.5 船舶运动数据采集系统
• 3.2.6 船舶运动模拟器控制器
• 3.2.7 船舶运动演示系统
• 3.3 船舶运动数据采集系统的硬件实现
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 系统硬件结构
• 3.3.3 电子罗盘
• 3.4 船舶运动模拟器控制器的硬件实现
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 系统硬件结构
• 3.4.3 步进电机及驱动
• 3.5 本章小结
• 第4章 船舶运动半物理仿真系统的软件设计
• 4.1 设备驱动程序的设计
• 4.1.1 基于VxWorks的驱动程序设计概述
• 4.1.2 船舶运动数据采集系统的串口驱动开发
• 4.1.3 船舶运动模拟器控制器的触摸屏驱动程序设计
• 4.2 系统应用程序的设计
• 4.2.1 基于VxWorks的应用程序设计概述
• 4.2.2 船舶运动数据采集系统的应用程序设计
• 4.2.3 船舶运动模拟器控制器的应用程序设计
• 4.3 跨平台网络通信系统的设计
• 4.3.1 网络通信的基本原理
• 4.3.2 基于VxWorks的网络通信程序设计
• 4.3.3 基于Windows的网络通信程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统的调试试验
• 5.1 系统相关模块的调试试验
• 5.1.1 船舶运动模拟器控制器的调试试验
• 5.1.2 跨平台网络通信系统的调试试验
• 5.2 系统总体的调试试验
• 5.3 系统的试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢