VxWorks在cPCI高速数据采集系统中的应用研究

论文摘要

本文以分布式卫星SAR仿真系统为背景,对VxWorks在cPCI高速数据采集系统中的应用进行了系统的研究。这个系统为分布式卫星SAR雷达信号模拟平台提供支撑,用于分析目标回波和干扰信号的各种特性,给设计者提供星载SAR的真实模型和测试平台。本文的工作主要包括以下三个方面:针对自研的cPCI数据采集板卡的驱动的实现,论文重点研究了在VxWorks环境下如何编写程序来实现PCI设备的驱动,总结了PCI设备驱动设计流程,并针对具体芯片PCI9656进行了程序设计,同时还结合VxWorks的实时多任务环境对驱动程序设计的相关注意事项进行了讨论。针对系统功能扩展后多块功能板卡的情况,论文重点研究了VxWorks的中断处理机制,结合课题的硬件环境讨论了中断处理的硬件实现基础。然后对实时系统的中断服务程序设计的结构进行了探讨,为具体的程序设计提出了可遵循的基本框架。最后,根据课题的硬件平台,详细地讨论了多中断处理程序的具体实现,将中断处理机制成功地应用在了数据的DMA传输中。针对工控机箱上的主控机与控制终端人机界面之间命令通道的实现,论文研究了流套接字的工作流程,分析了基于流套接字的客户/服务器网络编程模式,建立起双缓冲队列的网络通信架构。然后,研究了双缓冲队列元素的动态管理和通信协议的实现。最后在上述基础上研究了网络命令通道的实现。本文的创新点主要是以下两个方面:在中断处理方面,利用信号灯将传统中断服务程序分解为一个更短的中断服务程序和一个中断服务任务,从而提高了系统的中断响应的实时性并同时增强了中断处理的能力。在网络通信方面,利用双缓冲队列将先进先出调度和优先级抢占调度进行了有机的结合,从而在保证紧急任务实时响应的前提下进一步减少了系统的多任务调度开销。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 课题国内外研究现状
• 1.3 课题选用的数据采集技术
• 1.3.1 软件控制平台的选择
• 1.3.2 数据传输标准的选择
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 实时系统编程方法
• 2.1 引言
• 2.2 实时系统简介
• 2.3 VxWorks的开发环境
• 2.4 多任务调度机制
• 2.4.1 任务的结构和状态
• 2.4.2 基于优先级的抢占调度
• 2.4.3 轮转调度
• 2.4.4 基于优先级的抢占调度与轮转调度相结合
• 2.5 任务间的同步和通信机制
• 2.5.1 共享内存
• 2.5.2 信号量
• 2.5.3 消息队列
• 2.6 中断管理机制
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于VxWorks的PCI设备驱动设计
• 3.1 引言
• 3.2 PCI总线简介
• 3.3 VxWorks下设备驱动程序的分析
• 3.3.1 VxWorks下设备的分类
• 3.3.2 设备驱动程序概述
• 3.3.3 设备驱动程序在VxWorks系统中的层次
• 3.3.4 设备驱动程序的安装
• 3.4 基于VxWorks的PCI设备驱动的设计
• 3.4.1 PCI设备配置空间的结构
• 3.4.2 PCI设备配置空间的功能
• 3.4.3 PCI设备驱动设计
• 3.5 课题中寄存器的具体配置
• 3.5.1 AD9230 的寄存器配置
• 3.5.2 内存条PC2700 的寄存器配置
• 3.6 驱动程序运行的多任务环境
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于VxWorks的中断处理设计
• 4.1 引言
• 4.2 中断简介
• 4.3 VxWorks的中断处理机制
• 4.3.1 中断处理机制在系统中的作用
• 4.3.2 中断处理的硬件实现基础
• 4.3.3 中断服务程序的结构
• 4.3.4 中断服务程序的实时性约束
• 4.4 基于cPCI背板的中断处理程序设计
• 4.4.1 初始化中断源
• 4.4.2 中断向量的安装
• 4.4.3 中断信号响应程序设计
• 4.4.4 单中断源处理程序的设计
• 4.4.5 多中断源处理程序的设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于VxWorks的网络通信设计
• 5.1 引言
• 5.2 VxWorks的网络系统结构简介
• 5.3 BSD套接字下客户/服务器通信模型
• 5.3.1 流套接字的工作流程
• 5.3.2 基于流套接字的客户/服务器网络编程模式
• 5.4 双缓冲队列网络通信的架构设计
• 5.5 基于双缓冲队列的网络通信实现
• 5.5.1 双缓冲队列的实现
• 5.5.2 VxWorks端命令通道的实现
• 5.6 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果