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基于VxWorks的弹载计算机软件的设计研究

作　者: 宋家科
导　师: 于秀萍
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 弹载计算机嵌入式实时操作系统 VxWorks ARM BSP
分类号: TJ765
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

弹载计算机是现代导弹制导与控制系统的核心装置,其性能的好坏,直接关系到精确制导的精度和杀伤目标的概率。弹载计算机具有实时性、可靠性、嵌入性等特点。近年来,弹载计算机系统的功能变得越来越复杂,对操作系统的实时性、稳定性、精度的要求越来越高,采用实时多任务操作系统已经成为弹载计算机软件设计的基本手段。常用的操作系统有VxWorks、μC/OS-Ⅱ、Linux、PSOS等等。本文通过对比后选择了性能优良的VxWorks,VxWorks是Wind River公司开发的高性能实时操作系统,因为其强实时性、高可靠性、良好的可剪裁特性、友好的集成开发环境Tornado,使VxWorks成为实时操作系统中最有特色的操作系统之一,并在军事、航天、通信、工业控制等诸多方面广泛应用。首先,对比和分析了弹载计算机软硬件系统的设计方案,在Embest公司的Embest EDUKIT-Ⅲ实验平台上搭建了一个嵌入式开发平台,在Embest公司提供的BSP基础上,开发了弹载计算机软件所需要的板级支持包BSP,并在性能优化上给出了一些分析和改进。其次,根据弹载计算机系统的需求,将VxWorks与Linux做了分析和对比,重点分析VxWorks的实时性能。同时分析和总结ARM的体系结构,从软硬件两方面着眼,分析探讨整个弹载计算机软件系统性能上的优化和平衡。第三,根据系统实时性能的要求和前文的分析结果,提出了一些改进算法,设计和开发了弹载计算机软件系统的部分设备驱动和软件模块。最后,对系统的功能进行了测试,给出了测试数据,并利用Matlab/RTW实时仿真方法进行了整个系统的仿真试验。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 课题的研究背景和意义  11-12
  1.2 弹载计算机的研究现状  12-13
  1.3 课题的研究内容  13-15
第2章弹载计算机总体设计方案及分析  15-31
  2.1 方案选择  15
  2.2 系统整体框架  15-18
    2.2.1 硬件设计的整体结构  15-17
    2.2.2 软件系统的功能模块  17-18
  2.3 需求说明及实时性设计  18-21
    2.3.1 需求说明及设计  18-20
    2.3.2 满足需求的实时性设计  20-21
  2.4 软、硬件系统实时性能对比分析  21-28
    2.4.1 VxWorks操作系统结构分析  21-22
    2.4.2 实时任务管理  22-26
    2.4.3 带MUX层的网络管理  26-27
    2.4.4 混合机制的虚拟内存管理  27-28
  2.5 弹载计算机软件系统的关键技术研究  28-30
    2.5.2 外部设备驱动设计与开发  28
    2.5.3 VxWorks通信机制的缺陷及算法改进  28
    2.5.4 VxWorks调度算法的问题及解决算法  28-30
    2.5.5 引导启动的内存管理优化算法  30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 VxWorks平台以及BSP的开发实现  31-61
  3.1 BSP的设计思想和原理  31-32
  3.2 软件设计的整体结构  32-33
  3.3 Bootrom引导程序的开发  33-42
    3.3.1 开发Bootrom引导程序的关键技术  34
    3.3.2 S3C44B0X异常处理的关键问题  34-36
    3.3.3 S3C44B0X异常处理关键问题的解决  36-39
    3.3.4 基于VxWorks平台的BSP的移植  39-41
    3.3.5 编译并运行Bootrom引导程序  41-42
  3.4 VxWorks映像下载及操作系统的启动  42-46
    3.4.1 VxWorks5.5映像下载及操作系统的启动  43-44
    3.4.2 ARM平台与主机的搭接  44-46
  3.5 设备驱动程序的开发  46-60
    3.5.1 串行设备驱动程序的开发  46-50
    3.5.2 网络设备驱动程序的开发  50-55
    3.5.3 USB存储设备驱动  55-60
  3.6 本章小结  60-61
第4章软件系统的算法改进  61-71
  4.1 VxWorks组件开发方法  61-63
    4.1.1 目录组织结构  61-62
    4.1.2 组件映像编译  62-63
  4.2 邮箱服务器  63-65
    4.2.1 算法分析  63-64
    4.2.2 网络接口算法  64
    4.2.3 中断服务算法  64-65
    4.2.4 系统调用算法  65
  4.3 定时优先级继承算法  65-68
    4.3.1 算法设计  65-67
    4.3.2 算法存在的问题分析  67-68
  4.4 VxWorks启动优化  68-70
    4.4.1 页表容量优化算法  68-70
    4.4.2 TLB、BAT混合映射机制优化算法  70
  4.5 本章小结  70-71
第5章系统测试和仿真  71-81
  5.1 测试和仿真设计  71-72
    5.1.1 测试内容  71
    5.1.2 测试方案设计  71-72
  5.2 测试、试验  72-78
  5.3 Matlab/RTW半物理仿真平台试验  78-79
  5.4 测试、试验结果分析  79-80
  5.5 本章小结  80-81
结论  81-82
参考文献  82-85
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  85-86
致谢  86

基于VxWorks的弹载计算机软件的设计研究

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