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嵌入式实时操作系统VxWorks在激光陀螺姿态测量系统中的应用研究

作　者: 刘士伟
导　师: 王省书
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 姿态测量 VxWorks PCI总线 UDP 数据存储 多任务 实时性
分类号: TP316.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


姿态测量是一种利用惯性传感器测量载体运动信息,经过解算实时输出载体的航姿、速度、位置等信息的方法。其中,姿态解算计算机主要用于完成数据采集、数字滤波、航姿解算、补偿和控制等工作。选择合适的操作系统是实现姿态测量系统稳定、高效率工作的关键因素之一,论文根据激光陀螺捷联姿态测量系统多任务的应用需求,引入VxWorks嵌入式实时操作系统,并建立VxWorks交叉开发环境,设计实现高速PCI数据采集、UDP网络通信、数据存储等软件模块功能。论文主要工作如下:1、分析了系统软件任务需求,选择了硬件运行平台和操作系统。分析了姿态测量系统的一般组成,以及系统内部惯性器件输出数据的特征和数据流向,并结合捷联系统中数据解算和补偿的复杂性,提出对姿态解算和处理计算机硬件和软件的具体需求。对比分析几种常用嵌入式处理器和操作系统的特点及应用环境,针对实际系统,选择SBS公司PMP PC/104作为系统的姿态解算和处理计算机,选择innodisk公司的32G电子硬盘作为存储介质,在上述硬件平台中运行VxWorks操作系统。2、设计实现了高速PCI数据采集、UDP网络通信、数据存储等软件模块功能。建立VxWorks交叉开发环境,针对PC/104硬件具体参数修改BSP,引导VxWorks运行,并进行程序调试。根据实际姿态测量系统软件的任务需求,划分程序任务,并合理分配系统优先级,建立任务间通信协调机制,保证各个任务间数据的可靠交互。研究PCI总线的配置空间、接口方式及中断处理过程,用VxWorks程序实现PCI总线高速数据采集功能;研究VxWorks系统网络通信机制,针对系统对网络传输任务的实时性需求,选择UDP网络协议实现了系统的通信功能。最后,针对系统大数据量存储需求,提出了多文件指针、文件分割存储等解决方案。3、对系统外部触发响应以及程序执行的实时性进行了测试。提出用示波器测试并口输出和时间戳测试方法,用于测试系统对外部触发响应的实时性以及程序代码运行时间,以了解程序运行情况,有利于改进程序,提高执行效率。基于VxWorks操作系统开发的应用程序,已成功应用于某姿态测量系统,并经过实际系统测试,能够满足姿态测量系统的实时性、可靠性要求。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章 绪论  11-16
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  12-15
    1.2.1 导航计算机发展现状  12-14
    1.2.2 导航计算机操作系统现状  14-15
  1.3 论文研究的主要内容  15-16
第二章 激光陀螺姿态测量系统特点分析  16-31
  2.1 系统的组成与工作原理  16-17
  2.2 激光陀螺姿态测量系统的基础理论  17-25
    2.2.1 惯性器件输出信息分析  17-20
    2.2.2 捷联理论简介  20-25
  2.3 系统内信息流分析  25-27
  2.4 系统软件的任务与特点分析  27-30
    2.4.1 软件承担的任务分析  27-28
    2.4.2 软件的特点及其对运行环境的需求分析  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章 姿态测量软件的运行环境探讨  31-42
  3.1 嵌入式计算机选型及测试  31-34
  3.2 实时操作系统  34-38
    3.2.1 实时操作系统比较分析  34-35
    3.2.2 VxWorks 操作系统介绍  35-38
  3.3 VxWorks 开发环境的建立  38-41
    3.3.1 修改BSP  38-40
    3.3.2 配置FTP 服务器  40
    3.3.3 操作系统裁剪  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 VxWorks 软件功能模块设计与实现  42-58
  4.1 软件总体设计原则  42
  4.2 系统工作流程  42-44
  4.3 子模块程序设计  44-53
    4.3.1 PCI 总线实时高速数据采集子模块设计  44-47
    4.3.2 UDP 网络任务子模块设计  47-51
    4.3.3 数据存储子模块设计  51-53
  4.4 多任务协调  53-57
  4.5 本章小结  57-58
第五章 系统软件的调试及性能测试  58-66
  5.1 软件调试环境的建立  58-59
  5.2 实时性测试  59-65
    5.2.1 利用并口输出法  59-60
    5.2.2 时间戳方法  60-61
    5.2.3 实验验证  61-65
  5.3 本章小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
  6.1 全文总结  66
  6.2 后续工作展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
作者在学期间取得的学术成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 操作系统 > 实时操作系统
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