基于RTX和LabVIEW的实时多任务测控系统的研究

论文摘要

实时多任务测控系统在国民经济的各个领域有着广泛的应用,而实时多任务系统也是目前研究的一个热点。大多数实时系统都是专用的系统,通过硬件来实现特定的功能,缺点是系统的通用性较差,可扩展能力较小。而基于工业控制计算机的实时系统可以充分利用工控机的可扩展性、模块化等优点来弥补专用系统的不足。本文介绍了一种实时多任务测控系统,硬件上采用了工业控制计算机为平台,软件上则采用以Windows 2000+RTX构成的实时环境为基础。人机交互和网络通讯程序则利用LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）开发。本文首先分析了Windows操作系统实时性方面的局限性,针对Windows的弱实时性能,引入了美国Ardence公司的强实时扩展软件RTX（Real Time eXtention for Control of Windows）,对其内核进行了实时扩展。同时文中对RTX的运行机理,调度策略,以及中断延迟等方面进行了深入研究。其次,提出了这个实时多任务测控系统的整体设计方案。方案中将本测控系统分为实时任务和非实时任务两个部分,实时部分运行在实时的RTSS（Real-time Subsystem）子系统下,非实时任务运行在非实时的Win32子系统下,实时任务和非实时任务之间的通信通过共享内存的方式来实现。通过LabVIEW下的CIN（Code Interface Node）节点调用外部编写的程序代码来实现共享内存的读写。然后,对整个实时多任务测控系统的实现进行了详细说明。实时部分主要包括模拟量、开关量的采集,温度的采集,步进电机的控制,直流电动机的转速采集和控制等任务。实时任务的程序是在Visual C++下,利用了RTX提供的API来设计的。非实时部分包括采集到的信息显示和网络通信等任务,非实时任务的程序是在LabVIEW下设计完成的,其中网络通信任务利用了TCP/IP传输协议实现的。最后,将实时部分和非实时部分组合成一个完整的测控系统,利用RTX提供的测试工具对整个系统的性能进行了测试。通过实际的运行和测试表明,系统满足了实时性和稳定性的要求,验证了方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 Windows 实时性不足及其改进
• 1.2.2 采用LabVIEW 开发测控系统的优势
• 1.3 本文主要的研究内容
• 2 编程语言与开发工具
• 2.1 RTX 简介
• 2.1.1 RTX 的结构
• 2.1.2 深入RTX
• 2.1.3 RTX 的中断延迟
• 2.1.4 RTX 的工具和应用程序
• 2.2 LabVIEW 简介
• 2.2.1 LabVIEW 的特点
• 2.2.2 LabVIEW 的外部接口
• 2.2.3 LabVIEW 的多线程
• 2.2.4 LabVIEW 的运行控制技术
• 2.2.5 LabVIEW 的网络通信
• 2.2.6 SQL 与数据库访问
• 3 实时多任务测控系统方案设计
• 3.1 实时多任务测控系统概述
• 3.1.1 多任务
• 3.1.2 任务的实时调度
• 3.1.3 实时调度的算法
• 3.2 系统中的进程和线程管理
• 3.2.1 运行在RTSS 下的进程
• 3.2.2 运行在RTSS 下的线程
• 3.2.3 系统的内存管理
• 3.3 系统的硬件平台
• 3.4 系统的任务
• 3.4.1 系统任务构成
• 3.4.2 系统任务的划分
• 3.4.3 系统任务的调度
• 3.4.4 任务间的通讯
• 3.5 本章小结
• 4 实时多任务测控系统的实现
• 4.1 系统软件的总体结构
• 4.2 RTX 下的程序设计
• 4.2.1 运用Visual Studio 建立应用程序
• 4.2.2 运用RTX 应用程序开发向导开发程序和动态链接库
• 4.2.3 运用RTX 的Makefile 开发应用程序和动态链接库
• 4.2.4 调试RTSS 程序
• 4.2.5 RTX 下的API
• 4.3 实时部分程序设计
• 4.3.1 实时任务主程序设计
• 4.3.2 实时子任务程序设计
• 4.4 非实时部分程序设计
• 4.4.1 进程间通信程序设计
• 4.4.2 CIN 节点的调用
• 4.4.3 人机交互界面设计
• 4.4.4 网络通信程序设计
• 4.4.5 任务优先级设置
• 4.5 系统实时性能检验
• 4.5.1 Platform Evaluator 简介
• 4.5.2 系统性能测试
• 4.5.3 数据分析
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录