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嵌入式实时仿真测试平台研究

作　者: 胡志伟
导　师: 梁加红
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 嵌入式实时系统嵌入式Linux 实时应用程序接口实时工作间
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

嵌入式计算机系统以其体积小、重量轻、功耗低、性能稳定等突出优点广泛应用于各个领域。本文以嵌入式系统在武器装备测试维修中的应用为研究背景,构建并实现了一个软硬件易于裁剪和扩展的嵌入式仿真测试平台,并提出了在该平台上进行系统开发的方法:首先在主机上采用Matlab/Simulink对被测系统进行快速化建模与仿真,由实时工作间RTW(Real-Time Workshop)自动生成嵌入式实时代码,经过交叉编译烧录到嵌入式平台进行实时仿真测试。这种方法可以快速找出设计方面的缺陷和建模方面的错误,加快产品开发速度,提高开发效率。本文的主要研究内容分为以下几个部分:首先,提出了课题背景与应用需求,分析了嵌入式计算机系统在武器装备中的应用现状与发展趋势、仿真测试平台的国内外研究现状和仿真测试技术的应用;其次,借鉴基于平台设计思想和模型驱动架构思想,提出了嵌入式实时仿真测试平台的总体设计思路,即以ARM处理器为硬件平台核心,嵌入式实时Linux为软件平台,在Matlab/Simulink/RTW环境下进行系统开发;接着对Linux内核实时性进行了分析,采用实时应用程序接口RTAI(Real-Time Application Interface)来增强Linux内核的硬实时性能,实现了嵌入式Linux RTAI向ARM开发板的移植,同时研究了LinuxRTAI与Matlab/Simulink/RTW之间的接口技术;最后,在对RTW嵌入式实时程序创建过程和目标代码自动生成机制研究的基础上,完成了Embedded Linux RTAI Target的开发,实现了适用于嵌入式Linux RTAI环境的代码自动生成,并利用微小卫星姿态控制系统算例模型验证了这种方法的可行性。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-13
  §1.1 课题背景及应用需求  8
  §1.2 嵌入式计算机系统的军事应用现状和发展趋势  8-10
    §1.2.1 嵌入式计算机系统的军事应用现状  8-10
    §1.2.2 嵌入式计算机发展的趋势  10
  §1.3 仿真测试技术的应用  10-11
  §1.4 论文工作及组织  11-13
    §1.4.1 论文工作  11-12
    §1.4.2 论文组织结构  12-13
第二章嵌入式实时仿真测试平台总体设计  13-24
  §2.1 平台总体设计思想  13-15
    §2.1.1 基于平台设计思想  13
    §2.1.2 模型驱动架构MDA  13-14
    §2.1.3 COTS技术与开源技术的应用  14
    §2.1.4 仿真技术与测试技术的结合  14-15
  §2.2 嵌入式实时系统及其关键技术分析  15-20
    §2.2.1 实时系统概述  15-16
    §2.2.2 嵌入式系统的关键技术研究  16-17
    §2.2.3 常见嵌入式实时操作系统对比分析  17-20
      §2.2.3.1 商业嵌入式实时操作系统  17-18
      §2.2.3.2 开源嵌入式实时操作系统  18-20
  §2.3 嵌入式实时仿真测试平台设计  20-23
    §2.3.1 系统总体结构设计  20-21
    §2.3.2 嵌入式系统开发模式  21-22
    §2.3.3 嵌入式实时目标程序开发流程  22-23
  §2.4 本章小结  23-24
第三章嵌入式实时仿真测试平台实现  24-49
  §3.1 Linux内核实时性研究  24-27
    §3.1.1 Linux内核分析  24-25
    §3.1.2 Linux内核实时性能分析  25
    §3.1.3 Linux内核实时化方法研究  25-27
  §3.2 RTAI方案实现  27-33
    §3.2.1 基于RTHAL的RTAI方案研究  28-29
    §3.2.2 基于ADEOS的RTAI方案  29-32
    §3.2.3 RTHAL和ADEOS两种方案比较分析  32
    §3.2.4 RTAI实时程序  32-33
  §3.3 嵌入式Linux实时操作系统实现  33-45
    §3.3.1 Linux编程环境简介  33-34
    §3.3.2 嵌入式Linux RTAI系统实现  34-43
      §3.3.2.1 交叉编译工具链生成  34-35
      §3.3.2.2 Bootloader移植和启动  35-38
      §3.3.2.3 Linux内核移植和启动  38-42
      §3.3.2.4 内核模块加载方法研究  42-43
    §3.3.3 嵌入式Linux实时程序开发  43-45
  §3.4 RTAI-Lab  45-47
    §3.4.1 RTAI-Lab环境  45
    §3.4.2 RTAI-Lab与Matlab/Simulink/RTW接口技术研究  45-47
  §3.5 本章小结  47-49
第四章嵌入式实时程序开发方法研究  49-69
  §4.1 RTW程序开发方法研究  49-54
    §4.1.1 Real-Time Workshop实时工作间  49-50
    §4.1.2 RTW嵌入式程序框架研究  50-52
      §4.1.2.1 系统相关组件  51
      §4.1.2.2 系统独立组件  51-52
      §4.1.2.3 应用程序组件  52
    §4.1.3 RTW程序创建过程分析  52-54
  §4.2 RTW嵌入式代码生成器研究  54-56
    §4.2.1 嵌入式代码的数据结构与代码模块  54-55
    §4.2.2 嵌入式程序的执行机制  55-56
    §4.2.3 嵌入式代码生成器的要求和限制  56
  §4.3 Embedded Linux RTAI Target开发  56-61
    §4.3.1 系统目标文件的创建  56-58
    §4.3.2 模板联编文件的创建  58-60
    §4.3.3 Embedded Linux RTAI Target配置实现  60-61
  §4.4 卫星姿态控制系统模型嵌入式实时代码实现  61-68
    §4.4.1 系统建模与非实时仿真  61-65
      §4.4.1.1 卫星姿态模型  61-62
      §4.4.1.2 陀螺敏感器  62-63
      §4.4.1.3 控制器模型  63-65
    §4.4.2 Linux RTAI环境下实时仿真  65-66
    §4.4.3 嵌入式Linux RTAI实时仿真  66-68
  §4.5 本章小结  68-69
第五章总结与展望  69-71
  §5.1 论文工作总结  69
  §5.2 研究工作展望  69-71
致谢  71-72
硕士阶段发表论文情况  72-73
参考文献  73-75
附录  75

嵌入式实时仿真测试平台研究

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