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VxWorks操作系统和FPGA技术在显控系统模拟器中的应用

作　者: 高宇
导　师: 戚正伟；姜伟芬
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: VxWorks FPGA NiosⅡ WorkBench WindML SOPC
分类号: TP316.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

显控系统模拟器是针对某雷达系统而研制的模拟设备,主要用来模拟真实显控系统,完成雷达系统各设备状态和数据参数的综合显示、与外围设备的实时通信、人机交互的控制和管理,从而满足部队模拟训练、熟悉显控系统操作流程和培养操作手的需求。鉴于接收显示信息量大、人工操作命令多、实时性要求高等特点,本课题采用嵌入式实时操作系统VxWorks和FPGA技术作为显控系统模拟器的解决方案。显控系统模拟器采用X86架构PC104和FPGA接口控制板相结合的硬件平台,通过VxWorks6.7的板级支持包pcPentium来提供对X86的支持,利用集成开发环境WorkBench3.1对PC104应用软件进行开发。FPGA接口控制板是以NiosⅡ软核CPU为核心实现接口控制功能的,通过片上可编程系统生成器SOPC Builder生成NiosⅡ软核CPU及其外围接口设备,在NiosⅡIDE下开发软核应用程序。显控系统模拟器软件设计主要由基于VxWorks6.7的多任务程序设计和基于NiosⅡ的面向过程的程序设计组成。由于之前对VxWorks图形模式的应用多停留在媒体库3.0版本,与本课题采用的媒体库5.2版本相比有很大的不同,除了图形模式初始化和事件响应处理等SDK函数发生改变之外,媒体库组件在工程中的添加和配置方法等也存在很多差异。本课题通过程序代码和开发流程,阐述了如何在VxWorks6.x下实现媒体库的应用。本文首先介绍了用于实现显控系统模拟器的核心技术VxWorks和FPGA的国内外研究现状。然后结合课题中的相关应用介绍了VxWorks内核、主要组件及其开发环境、FPGA和NiosⅡ的开发技术。在此基础上,论述了显控系统模拟器的设计方法与实现流程,提出了软、硬件总体设计方案,重点对VxWorks、NiosⅡ软件模块和FPGA功能模块进行了说明。接着介绍了如何借助EDA测试工具对嵌入式软件进行观测的方法,并对测试数据进行分析。最后,通过系统测试结果验证了显控系统模拟器设计的正确性。本课题充分运用了VxWorks多任务、强实时性的特点,利用内核任务调度、管理和任务间通信功能实现了显控系统模拟器软件的多任务处理机制,并通过看门狗定时器和网络套接字组件实现了实时网络通信功能。本课题基于VxWorks6.7媒体库组件WindML5.2,开发出了综合显示图形界面,解决了5.x版本图形界面开发向6.x版本移植的问题。借助NiosⅡ系统和FPGA丰富的I/O管脚及其灵活配置的特性,实现了对操控部件的事件响应和显控系统模拟器内部通信功能。另外, NiosⅡ系统采用结构化、过程性的高级语言程序设计,FPGA采用原理图和硬件描述语言相结合的设计方式,既方便实现了对外设接口的控制,又缩短了开发周期。显控系统模拟器软、硬件设计大部分已经完成,与系统对接后的测试结果表明该模拟器的功能、性能达到了设计目的。另外,高版本VxWorks及其开发环境的成功应用为后续开发奠定了基础。

VxWorks操作系统和FPGA技术在显控系统模拟器中的应用

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