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基于μC/OS-Ⅱ的无人机飞行控制系统软件设计

作　者: 郑晓川
导　师: 黄一敏
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 无人机飞行控制软件等效 μC/OS-Ⅱ 中断
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 94次
引　用: 5次
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内容摘要

本文基于嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,构造以μC/OS-Ⅱ为核心的无人机飞行控制软件设计的新型开发方法。本文将飞行控制软件按开发阶段分为等效飞行控制软件和机载飞行控制软件,为飞行控制开发不同的阶段服务。同时,这两套软件相互联系,相互补充,它们之间的区别仅仅在于底层驱动部分,其控制导航核心代码可以100%进行移植。首先在传统飞行控制软件设计方法的基础上,根据实验室背景提出基于μC/OS-Ⅱ的新型飞行控制软件开发方法。其次,根据新型飞行控制软件开发方法设计了等效飞行仿真系统,在完成μC/OS-Ⅱ在Windows环境仿真运行移植的基础下,设计了等效飞行控制软件、集成仿真环境,并解决了等效飞行仿真系统的通信问题。经设计等效飞行仿真系统可以完成对上层飞行控制软件的全航线仿真测试,并且可以实现将控制导航核心代码100%移植到机载飞行控制软件中。之后,机载飞行控制软件的上层控制导航代码由上述等效飞行控制软件100%移植而来,然后完成了机载飞行控制软件的底层软件设计,解决了μC/OS-Ⅱ在MPCC555处理器上的移植、MPC555异常体系下μC/OS-Ⅱ中断服务程序设计、CPU资源驱动设计、外围板卡驱动等关键问题。并且设计了针对μC/OS-Ⅱ实时操作系统的三个外围扩展模块。包括串行中断通讯模块(OSCom模块)、精确时间测量模块(OSBench模块)、软件监视模块(通用PC模块)。最后,对本文所有工作进行了系统、精确的试验验证。其中精确测量了μC/OS-Ⅱ在MPC555处理器的运行性能,证明该飞行控制软件平台的可用性;等效飞行仿真实验验证了等效飞行控制软件的逻辑正确性、控制可行性;半物理实时仿真验证了机载飞行控制软件的设计。本文提出的新型飞行控制软件开发方法已经在实验室内部开始使用,本文设计的新型机载飞行控制软件已经使用在某项目中,已经进行了与无人机的现场联调,即将试飞。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-23
  1.1 引言  13-14
  1.2 课题的研究背景  14-17
    1.2.1 传统飞行控制软件开发方法  14-15
    1.2.2 实验室背景  15-17
  1.3 基于 μC/OS-Ⅱ的飞行控制软件开发  17-21
    1.3.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ  17-19
    1.3.2 等效飞行仿真系统  19-20
    1.3.3 新型飞行控制软件开发方法  20-21
  1.4 课题的研究内容  21-23
第二章飞行控制软件总体设计  23-31
  2.1 引言  23
  2.2 飞行控制软件总体关系框架  23-24
  2.3 等效飞行仿真系统总体设计  24-26
    2.3.1 等效飞行仿真系统基本配置  24
    2.3.2 等效飞行仿真系统总体实现  24-25
    2.3.3 等效飞行控制软件的架构设计  25-26
  2.4 机载飞行控制软件架构设计  26-31
    2.4.1 机载飞行控制软件框架  27-28
    2.4.2 板级支持程序  28-29
    2.4.3 底层驱动程序  29-30
    2.4.4 外围扩展模块  30-31
第三章等效飞行仿真系统的设计  31-45
  3.1 μC/OS-Ⅱ在 Windows 的移植  31-32
  3.2 等效飞行控制软件的设计  32-40
    3.2.1 任务的划分  32-33
    3.2.2 控制律解算任务  33-34
    3.2.3 滑跑起飞任务  34-35
    3.2.4 航线飞行任务  35
    3.2.5 点号切入任务  35-36
    3.2.6 在线航线飞行任务  36-37
    3.2.7 着陆任务  37-39
    3.2.8 定时任务  39
    3.2.9 Port 隔离层  39-40
  3.3 集成仿真环境的设计  40-42
    3.3.1 无人机数字模型  40
    3.3.2 集成仿真控制台  40-42
  3.4 系统通讯的设计  42-45
    3.4.1 通信协议  42-43
    3.4.2 串行通信方式  43-45
第四章机载飞行控制软件的移植设计  45-58
  4.1 开发调试环境的建立  45
  4.2 μC/OS-Ⅱ在 MPC555 下的移植  45-55
    4.2.1 移植的基本内容  46-47
    4.2.2 移植的基本结构  47-48
    4.2.3 移植的具体步骤  48-55
  4.3 AEC-MPC555 特殊驱动的设计  55-58
    4.3.1 控制PC104 总线中断的驱动函数  55-56
    4.3.2 控制定时器中断的驱动函数  56
    4.3.3 扩展I/O 卡驱动的移植  56-58
第五章外围扩展模块的设计  58-69
  5.1 串行中断通信模块的设计  58-63
    5.1.1 MPC555 中断体系结构  58-60
    5.1.2 μC/OS-Ⅱ的中断机制  60-61
    5.1.3 μC/OS-Ⅱ中断机制在MPC555 上的实现  61
    5.1.4 串行中断通信模块的设计  61-63
  5.2 精确时间测量模块的设计  63-67
    5.2.1 测量基准的选择  63
    5.2.2 测量函数的设计  63-64
    5.2.3 运行性能的测试  64-67
  5.3 通用PC 模块的设计  67-69
    5.3.1 通用PC 模块的结构  67
    5.3.2 通用PC 模块工作模式  67-69
第六章系统集成测试与仿真  69-80
  6.1 飞行控制软件平台综合测试  69-70
    6.1.1 性能对比和测试  69-70
    6.1.2 串行中断通信模块测试  70
  6.2 等效飞行仿真验证  70-72
  6.3 半物理飞行仿真验证  72-80
第七章总结与展望  80-82
  7.1 本文的主要工作  80-81
  7.2 本文的后续工作展望  81-82
参考文献  82-85
致谢  85-86
在学期间的研究成果及发表的学术论文  86

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