3 系統軟件設計與實現

　　VG4軟件開發主要分為操作系統的配置生成和應用程序的開發兩部分。操作系統的生成主要是對BSP的配置和對VxWorks組件進行裁剪。在應用程序的開發中，為了滿足實時性要求，應對任務進行合理劃分，使程序達到多任務并行操作。

　　任務劃分需要遵循以下原則：

　　（1）功能內聚性。對于功能聯系比較緊密的各工作可以用一個任務來運行。如果用多個任務進行相互之間的消息通信，將會影響系統效率。

　　（2）時間緊迫性。對于實時性要求比較高的任務，以高優先級運行，以保證事件的實時響應。

　　（3）周期執行原則。對于一個需要周期性執行的工作，應作為一個獨立的模塊完成。

　　3.1 操作系統的配置

　　在嵌入式操作系統上進行開發要滿足實時性和資源有限性的要求，因此與通用操作系統存在差異。在生成操作系統時剪裁不需要的組件，添加需要的組件，使系統盡量精簡。操作系統及其應用程序主要運行在內存中，操作系統太大會占用很多的內存空間。應用程序運行時要對每個任務分配合適的內存。為了滿足實時性，內存分配要盡可能快，因此不采用通用操作系統中復雜而完善的內存分配策略，而采用簡單、快速的內存分配方案。如果系統對于實時性和可靠性的要求極高，不能容忍一點延時或者一次分配失敗，最好采用靜態分配方案，也就是在程序編譯時所需要的內存都已經分配好了。例如，火星探測器上的嵌入式系統就必須采用靜態分配方案。

　　雷達系統對實時性要求很高，所以本系統盡量采用靜態分配方案。但是VG4內存有限，在一些子任務中也采用動態分配方案。這里VxWorks采用First Fit的內存動態分配方式，當系統需要動態分配內存時，可以保證在很短的時間內分配。但是采用這種方式容易產生大量的內存碎片，而VxWorks沒有清除碎片的功能，因此對系統動態分配內存要非常小心。

　　根據本系統的實際情況，接口板傳給VG4的信處檢測結果數據量基本不變，對于這批數據可以以另一種方式存儲。通過修改BSP的配置，從RAM中分配一塊用戶保留的存儲區域。這塊存儲區是用戶專用的，不會被系統覆蓋。用戶可以通過絕對地址對其進行讀寫。具體方法是設置RAM布局中User reserved區域，系統默認為0，設置這塊RAM使之滿足原始數據的大小。

　　3.2 應用程序的設計

　　應用程序運行在VxWorks操作系統上，其功能包括對系統初始化、根據輸入命令對各模塊進行控制及實時顯示信號處理結果。存在著如下幾類數據通信：VG4向定時接口板傳送控制參數，讀取定時接口板中存儲的信處檢測結果數據，響應外部中斷，顯示目標信息以及獲得外部輸入的控制信息。考慮到C語言的平臺無關性和代碼簡介高效性，應用程序采用C語言編寫。

　　系統劃分為6個任務：（1）系統監控：啟動和監控其他任務。（2）數據傳輸：響應VME中斷，與定時接口板進行數據通信。（3）數據處理：對信處檢測結果數據進行處理，扣除虛假目標并轉換格式以方便顯示。（4）終端顯示：顯示檢測目標結果和系統狀態信息到屏幕。（5）指令控制：響應控制開關的命令和獲取慣導數據。（6）錯誤處理：對出現錯誤的任務做出響應的處理，并在終端顯示。

　　中斷服務程序響應定時VME7號中斷，程序如下：

　　圖4顯示了各任務的優先級。從中可以看到中斷服務程序的優先級最高，因為實時系統要及時響應外部中斷信號。

　　指令控制任務首先獲取外部開關命令和慣導數據，以消息的形式發送給數據傳輸任務。當中斷來臨時，中斷服務程序馬上釋放同步信號量 syncSemId。數據傳輸任務一直等待這個信號量，當獲取到這個信號量時，立即把從指令控制任務收到的消息轉換成模式字寫到接口板的雙口RAM中，接著讀取信處檢測結果數據。數據處理子任務獲取同步信號量syncSemId2后對收到的信處檢測結果數據進行處理，這一任務最耗時。終端顯示任務以消息的形式接收上一任務的處理結果，并顯示處理結果及系統目前的運行狀態信息。信號量廣泛應用于同步和對臨界資源的保護，信號量的建立如下：

　　系統監控任務包括初始化各任務及實時監控各任務運行是否正常。當檢測到某任務運行不正常時，啟動錯誤處理任務。錯誤處理任務根據情況給予相應處理，并在終端顯示。當系統發生嚴重錯誤時，系統會自動重啟。

　　本文設計的信號處理機主要應用于直升機火控系統，現已經過驗收，各項指標符合要求。隨著設計的改進，系統功能將進一步完善，結構會更加通用模塊化，從而實現不改變整個硬件系統平臺，只對程序進行相應的修改，便可應用于其他領域的信號處理系統中。