1 前言

由于目前發(fā)展現(xiàn)代化的坦克火控系統(tǒng)已成為充分發(fā)揮坦克火力，提高戰(zhàn)場生存能力的最有效途徑之一。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，VxWorks操作系統(tǒng)以其良好的有效性、可裁減性、互操作性、可靠性和卓越的實時性等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用在高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中。因此基于 VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)的目標自動跟蹤技術(shù)的研究已經(jīng)成為提高坦克火控系統(tǒng)性能研究的主要方向。本文以研制坦克目標自動跟蹤系統(tǒng)信息處理平臺為背景，設(shè)計了基于 VxWorks的目標自動跟蹤系統(tǒng)的 PCI總線接口板，實現(xiàn)了坦克火控計算機與坦克火控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。其中以橋接芯片 PCI9054為核心的設(shè)計尤為重要。使目標自動跟蹤系統(tǒng)具備了能夠捕獲和跟蹤較復(fù)雜背景下的無偽裝的坦克和裝甲車的能力，以及在跟蹤狀態(tài)下出現(xiàn)目標被遮擋時，系統(tǒng)進入記憶跟蹤狀態(tài)的能力。

2 目標自動跟蹤系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

在基于 VxWorks嵌入式系統(tǒng)下，根據(jù)坦克目標自動跟蹤系統(tǒng)的總體技術(shù)要求，需要完成 I/O板硬件結(jié)構(gòu)電路的設(shè)計;PCI9054的配置;接口驅(qū)動程序的編寫以及系統(tǒng)主程序的設(shè)計，實現(xiàn)目標自動跟蹤計算機與坦克火控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。

下面就坦克目標自動跟蹤系統(tǒng)總體設(shè)計進行論述。坦克目標自動跟蹤系統(tǒng)包括通用視頻跟蹤器的所有功能，系統(tǒng)硬件由跟蹤器主機、瞄準線功率驅(qū)動模塊、視場圖像及相關(guān)信息顯示器、前端圖像采集系統(tǒng)和連接電纜等幾部分組成。跟蹤器主機由主機板、 DSP板、圖像圖形板、I/O板、電源板和機箱、無源底板、插接件組成，主要完成圖像采集、處理并輸出控制;瞄準線驅(qū)動控制模塊主要對跟蹤器主機輸出的控制信號進行功率放大來驅(qū)動瞄準線;顯示器用于顯示視野圖像及相關(guān)信息;前端圖像采集系統(tǒng)主要指火控系統(tǒng)光學改造部件及圖像采集器 CCD;連接電纜用于實現(xiàn)目標自動跟蹤系統(tǒng)各部件的信號連接。坦克目標自動跟蹤系統(tǒng)組成如圖1：

從圖 1中可知，系統(tǒng)通信與控制模塊(亦稱 I/O板)是通用型的目標自動跟蹤器與火控系統(tǒng)相連接的橋梁，在目標自動跟蹤火控系統(tǒng)中具有極其重要的作用。它要求實時處理 DSP板傳送的目標現(xiàn)在點和瞄準線中心的偏差量，最終轉(zhuǎn)化為對瞄準線的控制量。將瞄準線控制量傳送給瞄準線驅(qū)動控制模塊，實現(xiàn)高精度控制瞄準線，使之始終對準目標。

3 在 VxWorks下的驅(qū)動程序設(shè)計

3.1設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計與實現(xiàn)

應(yīng)用程序必須通過驅(qū)動程序才能與硬件進行數(shù)據(jù)通信，而驅(qū)動程序的編寫與操作系統(tǒng)密切相關(guān)。在 VxWorks操作系統(tǒng)中， BSP板級支持包向 VxWorks提供與硬件環(huán)境的接口，負責完成加電時的硬件初始化、為 VxWorks訪問硬件驅(qū)動程序提供支持、將 VxWorks中與硬件有關(guān)以及與硬件無關(guān)的軟件進行集成。因此在 VxWorks下編寫驅(qū)動程序時首先要對 BSP進行修改配置。根據(jù)本系統(tǒng)的實際情況需要修改 config.h頭文件：

#define DEFAULT_BOOT_LINE "fei(0,0)host: VxWorks h=172.16.21.100 e=172.16.21.253 u=chb pw=123456"在 VxWorks中，設(shè)備驅(qū)動程序有查詢方式和中斷方式二種。無論采用哪一種方式，設(shè)備驅(qū)動程序的基本流程都是相同的，如圖 2：

從圖 2中可以看出，編寫設(shè)備驅(qū)動程序的第一步是獲取硬件接口參數(shù)，包括內(nèi)存映射地 址、I/O端口和系統(tǒng)中斷控制器的輸入(IRQ)。獲取這些參數(shù)的方法由硬件的接口方式?jīng)Q定。例如，PCI總線作為一種即插即用的總線結(jié)構(gòu)，在 BIOS和操作系統(tǒng)的支持下，能夠自動為設(shè)備分配合適的硬件接口參數(shù)。其部分程序代碼如下：

1) 定義常量和全局變量 #define PCI9054_DEVICE_ID 0x9054 #define PCI9054_VENDOR_ID 0x10B5 #define PCI9054_MEMSIZE 0x00001000 #define PCI9054_INIT_STATE_MASK (VM_STATE_MASK_VALID | VM_STATE_MASK_WRITABLE | VM_STATE_MASK_CACHEABLE) #definePCI9054_INIT_STATE (VM_STATE_ VALID | VM_STATE_ WRITABLE | VM_STATE_ CACHEABLE_NOT) Typedef struct pci9054Info { UNIT pciBus,pciDevice,pciFunc; Char irq; }PCI9054_INFO; LOCAL PCI9054_INFO pci9054InfoTable={-1,-1,-1,-1};

摘　要：本文主要介紹在Vxworks操作系統(tǒng)下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計、調(diào)試方法以及將其加入系統(tǒng)內(nèi)核的配置方法。

關(guān)鍵詞：Vxworks 嵌入式操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

引 言

VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)，是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。

1 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式計算機為技術(shù)核心，面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用，軟硬件可裁減的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。和通用計算機不同，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用的專用系統(tǒng)，目的就是要把一切變得更簡單、更方便、更普遍、更適用;它的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能。

嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及特定的應(yīng)用程序等四部分組成，是集軟硬件于一體的可獨立工作的“器件”;用于實現(xiàn)對其它設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)具有的特點是：要求高可靠性;在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，要求系統(tǒng)仍然能夠正常工作;許多嵌入式應(yīng)用要求實時處理能力，這就要求嵌入式操作系統(tǒng)(EOS)具有實時處理能力;嵌入式系統(tǒng)中的軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性，一般都固化在只讀存儲器中或閃存中，也就是說軟件要求固態(tài)化存儲，而不是存儲在磁盤等載體中。

2 設(shè)備驅(qū)動程序[!--empirenews.page--]

Vxworks5.4中驅(qū)動程序主要分為三種：字符、塊以及網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序。本文所介紹的網(wǎng)卡驅(qū)動程序則屬于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序。

2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)的各功能部件圖1所示，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序?qū)嶋H上是處理硬件和上層協(xié)議之間的接口程序。網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議層分發(fā)數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序接口和網(wǎng)絡(luò)接口之間。網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如IP協(xié)議)發(fā)送數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)主機之間。連接/接口層使能主機隸屬于硬件到相同物理媒質(zhì)的通信。

在Vxworks5.4中，網(wǎng)卡驅(qū)動程序又分為END(Enhanced Network Driver)和BSD兩種。它們分別處于如圖2所示結(jié)構(gòu)中。

2.1.1 BSD驅(qū)動程序設(shè)計

在Vxworks5.4中，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序都是基于BSD UNIX版本4.3基礎(chǔ)上的，這些驅(qū)動程序都定義在一個全局例程中，那就是attach子程序，xxattach( )子程序中包含5個函數(shù)指針，它們都被映射到ifnet結(jié)構(gòu)中，這5個函數(shù)可見表1，它們在IP協(xié)議層任何地方被調(diào)用。

表1 網(wǎng)絡(luò)接口處理

驅(qū)動程序入口xxattach( )調(diào)用ether_attach( )來把上述5個函數(shù)映射到ifnet結(jié)構(gòu)中，ether_attach( )調(diào)用如下：

ether_attach(

(IFNET *) & pDrvCtrl->idr,

unit,

"xx",

(FUNCPTR) NULL,

(FUNCPTR) xxIoctl,

(FUNCPTR) ether_output( ), /* generic ether_output */

(FUNCPTR) xxReset

);

pDrvCtrl->idr.ac_if.if_start = (FUNCPTR)xxTxStartup;

上述參數(shù)中，需要一個接口數(shù)據(jù)記錄(Interface Data Record (idr))，unit號和設(shè)備名，下面四個參數(shù)就是相關(guān)驅(qū)動程序的函數(shù)指針。第一個函數(shù)指針指的是init( )例程，這個例程可要可不要，第二個函數(shù)指針指的是ioctl( )接口，它允許上層來控制設(shè)備狀態(tài);第三個函數(shù)指針指的是把數(shù)據(jù)包送到物理層;最后一個函數(shù)指針指的是如果TCP/IP堆棧決定需要復(fù)位的話，它就復(fù)位這個設(shè)備。

接著下面那一句代碼表示添加數(shù)據(jù)傳輸例程到IDR，ether_output( )例程被調(diào)用后，傳輸開始例程就被TCP/IP協(xié)議堆棧調(diào)用。

在這個入口驅(qū)動程序中還包括設(shè)備的初始化、發(fā)送和接收描述符的初始化等。

2.1.2 END驅(qū)動程序設(shè)計

END驅(qū)動程序是基于MUX模式，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序被劃分為協(xié)議組件和硬件組件。MUX數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層之間的接口，它管理網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接口和低層硬件接口之間的交互;將硬件從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的細節(jié)中隔離出來;刪除使用輸入鉤例程來過濾接收從協(xié)議來的數(shù)據(jù)包，和刪除了使用輸出鉤例程來過濾協(xié)議包的發(fā)送;并且鏈路層上的驅(qū)動程序需要訪問網(wǎng)絡(luò)層(IP或其他協(xié)議)時，也會調(diào)用相關(guān)的MUX例程。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和數(shù)據(jù)鏈路層驅(qū)動程序不能直接通訊，它們必須通過MUX。如圖3所示：

2.3將驅(qū)動程序加載到Vxworks系統(tǒng)中

要對所設(shè)計的驅(qū)動程序進行測試，首先就必須把驅(qū)動程序加載到Vxworks IMAGE中，并且給設(shè)備分配一個IP，這樣才能有利于網(wǎng)間測試。

首先，修改configNet.h文件，添加如下代碼：

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

#define DM_9102_BUFF_LOAN_0 1

#define DM_9102_LOAD_FUNC sysDm9102EndLoad

#define DM_9102_LOAD_STR_0 ""

IMPORT END_OBJ * DM_9102_LOAD_FUNC (char *, void *);

和END_TBL_ENTRY endDevTbl [] 中添加

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

{0, DM_9102_LOAD_FUNC, DM_9102_LOAD_STR_0, TRUE, NULL, FALSE},

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

其次，編輯config.h文件，添加如下代碼：

#define INCLUDE_DM_9102_END /* Davicom 9102 Fast Ethernet Controller */

最后，編輯sysLib.c文件，添加如下代碼：

/* include dm9102 End driver support routines */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

IMPORT STATUS sysDm9102PciInit (void);

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

/* include dm9102End driver support routines */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

#include "sysDm9102End.c"

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

#ifdef INCLUDE_DM_9102_END

sysDm9102PciInit ();

#endif /* INCLUDE_DM_9102_END */

通過上述過程相應(yīng)的添加程序，然后重新編譯Vxworks，這樣就將所設(shè)計的網(wǎng)卡驅(qū)動程序添加到Vxworks內(nèi)核中了。

2.4 PCI設(shè)備檢測

如果所設(shè)計的網(wǎng)卡是基于PCI總線的，那么在程序開始就需要對PCI設(shè)備進行檢測，在Vxworks5.4中有專門的PCI函數(shù)來檢測設(shè)備的總線號、設(shè)備號和功能號。首先利用pciFindDevice( )函數(shù)對給定VendorID和DeviceID的設(shè)備進行檢測，檢測完后同時給出了設(shè)備的總線號、設(shè)備號和功能號;接下來就是獲得該設(shè)備的中斷號、基地址(包括IO和內(nèi)存)。Vxworks中pciConfigLib.h文件中定義PCI總線的常量。如中斷號：PCI_CFG_BRG_INT_LINE，IO基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_0，內(nèi)存基地址：PCI_CFG_BASE_ADDRESS_1等等。所以利用函數(shù)pciConfigInByte和pciConfigInLong就可以很容易地獲得設(shè)備的中斷號和基地址。[!--empirenews.page--]

2.5 調(diào)試方法

為了方便調(diào)試網(wǎng)卡驅(qū)動程序，推薦利用串口對程序進行下載并將Vxworks image拷貝到軟盤中以從軟盤來加載它。調(diào)試的時候首先應(yīng)該給網(wǎng)卡分配一個IP(利用usrNetIfConfig函數(shù))，然后利用ping來對網(wǎng)卡進行測試。

3 結(jié)語

利用上述方法所設(shè)計的網(wǎng)卡后，不久可以利用它來進行程序下載，而且能滿足網(wǎng)卡所有的功能，包括對TCP/IP和UDP/IP(組播、廣播和單播)進行了測試。