基于VxWorks实时操作系统的双主机计算机系统的设

基于vxworks实时操作系统的双主机计算机系统的设计与实现

　1 概述
　　某侦查设备原计算机系统采用的多总线三主机加固机结构，体系结构复杂，成本造价高，系统稳定性差，并且由于该型光电跟踪设备交付使用已有十多年时间，原计算机系统的功能板块和主板基本已断货，一旦计算机系统出现故障，维修难度极大，所以必须更换原计算机系统。
　　目前成熟的双机系统计算机一般采用a、b双机系统加固机结构，a、b主机采用各自独立的isa总线，通过加固机双口ram板进行数据通讯。a主机软件平台采用dos平台，完成数据采集、系统控制、人机界面显示等功能，b主机采用vxworks实时操作系统，完成与外部设备的网络通讯功能。
　　由于侦查设备属于军贸产品，维修经费有限，考虑到双机系统加固机结构成本造价高及dos平台实时性低的问题，侦查设备计算机系统换装采用自研的双机系统计算机。自研的双机系统计算机也采用a、b双主机模式，a、b主机软件平台均采用vxworks嵌入式实时操作系统，通过百兆网互联进行内部数据通讯。
　　2 vxworks操作系统技术特点
　　2.1 vxworks系统内核特性
　　vxworks嵌入式实时操作系统具有如下特性：
　　1）多任务： 多任务是指vxworks 操作系统在同一时间内支持多个应用程序运行，每个应用程序被称为一个任务；
　　2）抢占调度： 基于优先级的抢占调度，在能够执行的任务中，优先级最高的任务被分配cpu 资源；
　　3）任务间的通讯与同步： 内核提供多任务间功能强大的通信机制，同时也提供有效的同步机制保证不可抢占资源和临界资源的访问。
　　2.2 vxworks系统任务调度机制
　　vxworks系统实时内核提供了丰富的多任务环境及对多任务的管理。vxworks支持两种任务调度算法，分别为基于任务优先级的抢占式调度算法和时间片轮转调度算法。
　　基于任务优先级的抢占式调度算法的本文由论文联盟http://收集整理基本思想是，当有更高优先级的任务进入就绪状态时，将抢占当前运行的低优先级任务的cpu 资源，进行上下文切换后进入运行状态，中断可以抢占任何任务。vxworks系统默认采用抢占式调度，该算法可以满足实时调度的需求，以最快速度响应高优先级的任务。
　　vxworks 系统抢占式调度算法原理图如图1所示：
　　基于时间片轮转调度算法的基本思想是，让所有同优先级的就绪任务共享cpu，调度时间单位为时间片。一个任务执行一个时间片后，相同优先级就绪队列中的首任务会被调入运行一个时间片，而不管前一个任务是否执行完成，如此循环保证同优先级任务平等获得cpu 时间。
　　3 双机系统计算机设计与实现
　　3.1 组成
　　基于vxworks 系统的双机系统计算机由a、b主机组成、a主机包括a主机电源、a主板，视频图像采集卡、多功能接口卡，b主机包括b主机电源、b主板、同步数据链通讯板、、机箱等组成。其结构组成框图如图3所示。
　　3.2 工作原理
　　双机系统计算机a、b主机均采用isa总线形式，a主机中a主板、视频图像采集卡、多功能接口卡通过isa完成数据通讯。a主机主要实现实时数据采集、视频图像采集与目标提取、伺服系统控制、人机界面显示、网络通讯等功能。
　　b主机主要实现与外部设备的高速同步串口通讯及网络通讯等功能。a、b主机软件平台均采用vxworks嵌入式操作系统。a、b主机基于udp网络协议编程，通过内部百兆网互联完成数据通讯。
　　3.3 电气设计
　　3.3.1 a主板
　　双机系统计算机a主板采用盛博公司的scm/lx-3160主板模块加以封装。a主板具有体积小、功耗低、造价低，运行稳定，通用性好等特点。其主要技术指标如下：
　　cpu：amd geode lx 800 ，工作频率500mhz；
　　内存：256mb；
　　含内置显卡；
　　显示分辩率：支持各级分辩率，最高可达1600×1280；
　　内置双intel 10m/100m自适应网卡；
　　4个串口（com1/2：rs232/422/485可选：com3/com4：rs232）；
　　1个cf卡接口；
　　isa双96芯总线；
　　3.3.2 多功能接口卡
　　双机系统计算机a主机多功能接口卡，其主要技术指标如下：
　　1）并口：四个8255a并口，可工作在8255a方式0，1；
　　2）串口：四通道rs232/rs422串口用户可选；其中rs422波特率大于150kbps；
　　3）32路单端或16路差分12bit a/d输入，a/d转换周期：≤15us
　　4）4通道12bit d/a，输入电压：±10v，输出电压：±5v、±10v，转换精度：≤1lsb
　　5）中断：1 个8259可扩展pc中断，可接8个中断源；
　　3.3.3 b主板
　　1）cpu：pentium iii 700mhz
　　2）内存：256mb
　　3）含内置显卡
　　4）显示分辩率：支持各级分辩率，最高可达1600×1280
　　5）内置双intel 82559 10m/100m自适应网卡
　　6）两个rs232串口