基于PC/104的1553B总线测控系统的设计与实现

　　底层设备驱动配置
　　驱动程序为硬件平台和应用软件间提供一个固定接口的软件层，应用程序必须通过驱动程序才能与硬件进行数据通信。而驱动程序的编写又与操作系统密切相关，具体的操作系统对驱动的要求有所不同，本设计的底层驱动和操作系统VxWorks及任务关系图如图5所示。根据本系统的实际需要，编写了与VxWorks系统密切相关的底层设备驱动。

　　首先介绍1553B通讯卡的驱动配置。本系统选用的1553B通讯卡有两种板卡访问方式：内存映射和I/O访问。I/O寻址采用专门的指令，编程缺乏灵活性，并且每次只能传送单个字节；而内存映射方式指令丰富，编程方便、硬件节省，便于实现快速交换数据。故选用内存映射方式，PC/104可以映射的空间为0xC8000~0xEFFFF，选取内存映射基地址为0xD0000。同时INT引脚通过跳线选择IRQ9。软件设置如下：

　　1）调用setup_fw.c将固件库源文件F002p.dat生成与ASF-P104卡匹配的Firmware.h（固件数据结构）文件，为板卡硬件提供匹配的接口定义信息；
　　2）在sbs_sys.h文件中添加#define VXWORKS和#define NO_FILE_SYSTEM语句行，设置操作系统信息；
　　3）在dev_cfg.h文件中按如下设置定义设备配置信息：

　　配置好软件设置后就是1553驱动程序的实现，即完成设备驱动函数的编写。在编写函数之前，需要定义驱动号以及设备的描述符，这在头文件中实现，如下所示：
 

}M1553_DEV; /*1553设备描述符*/
头文件定义完毕就可以编写函数了，以编写M1553Drv( )函数为例。M1553Drv( )函数调用iosDrvInstall( )安装设备的驱动例程。它在设备驱动程序表中为设备分配一个条目，并在其中填入此设备xxCreate( ),xxDelete( ),xxOpen( ),xxClose( ),xxRead( ),xxW rite ( )和xxIoctl( )等函数的地址。函数实体如下：

 
　　一一编写其他的1553设备驱动函数M1553DevCreate( ),M1553Open( ),M1553Read( )和M1553Write( )以及中断服务程序M1553Int( )。

　　以上为1553B卡的底层驱动编写，ADT600与之类似，只是头文件有差异，同理编写设备函数ADC_InitializeBoardSettings（），ADC_DigitalToSBS（），ADC_SetChannel（），ADC_StartConversion（），ADC_ConversionDone（）和ADC_ReadData（）。至此，设备驱动配置完成，将驱动程序加载至应用程序，上层程序代码就可以直接调用这些底层驱动函数进行编程。

　　任务设计
　　VxWorks是一个实时多任务操作系统，因此根据系统的功能模块要求，将应用程序分割成若干个独立的任务，使CPU通过操作系统来调度多个任务，轮番服务于一系列任务中的一个，使得应用程序的设计大大简化，并使程序的结构模块化、层次化。同时，使用了实时内核，所有时间要求苛刻的事件都可以尽可能快地得到处理。

　　任务划分的好坏直接影响到系统的性能。将一个实时应用问题分解为多个任务，可以加快执行速度，且有效地利用系统资源。但是，过度地分解任务，将会使系统中有大量的任务，需频繁地进行任务的切换，任务之间还要进行很多同步和互斥控制，将增加系统服务工作，降低系统的速度和有效性。因此，划分任务时必须进行各种综合平衡和折衷，有时将两个操作合并在一起处理效果好些，但有时必须分开处理。这都依赖于实时应用的特性。

　　根据系统功能需求，主任务划分如下，任务间总体上采用优先级抢占机制进行调度，各任务功能及优先级的划分如表2所示。PC/104优先接受来自飞机控制设备的命令字，然后执行负载控制任务，等待控制任务释放信号量后，程序就执行数据采集及发送任务，通讯监控任务对数据的接发进行实时监控，确保无信息的丢失，更重要的是，第一时间传递发控设备的控制命令，若启动重发机制之后仍然接受不到信息则会报错。而硬件初始化及自检测任务只是在主程序开始时调用，由于优先级的限制，只有等待再次软启动之后才会再次执行。

　　除了优先级的抢占外，主要任务间还通过设置信号量进行二次调度，确保任务的连续正确执行及资源的合理分配，优化程序结构。在主程序引导函数ProgStart( )中，建立了2个二进制信号量和1个互斥信号量：semCON，semSEND，currNodeSemId。semCON信号量用于数据接收任务和监控任务的信息传递，主要是数据的超时重发机制监控；semSEND信号量用于数据采集任务和数据发送任务的信息传递；currNodeSemId信号量用于数据采集监控任务中数据采集的完整性而设立的信号量，避免通讯任务抢占临界资源以及调用不合理而产生"死锁"现象。其中，2个二进制信号量创建时为空（SEM_EMPTY），处于不可用状态，高优先级任务执行semGive（）释放后变为满（SEM_FULL），变为可用状态，供低优先级任务执行semTake（）使用。互斥信号量currNodeSemId创建时，为了避免优先级倒置的情况以及为任务提供删除安全，联合使用了SEM_Q_PRIORITY、SEM_INVERSION_SAFE、SEM_DELETE_SAFE选项联合使用，使用按位或操作，程序代码如下：

　　currNodeSemId=semMCreate(SEM_Q_PRIORITY|SEM_INVERSION_SAFE|SEM_DELETE_SAFE)
程序最后执行ProgStop（）结束主程序，删除创建的任务并释放信号量资源。因为程序中使用了互斥信号量，并启动了互斥信号量的任务删除保护功能，所以在删除任务之前，必须先成功占有互斥信号量。先删除任务，再删除信号量。

结束语

　　本文主要讲述了1553B总线测控系统的设计及其在VxWorks下的软件开发过程。实际中，建立了地面最小实验系统，经过联机调试，测控系统运行正常，系统具有很好的实时性和稳定性，达到了预期效果。