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(chǎng)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(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用在高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)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(biāo)自動(dòng)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(biāo)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)信息處理平臺(tái)為背景，設(shè)計(jì)了基于 VxWorks的目標(biāo)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的 PCI總線接口板，實(shí)現(xiàn)了坦克火控計(jì)算機(jī)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(jì)尤為重要。使目標(biāo)自動(dòng)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(biāo)被遮擋時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入記憶跟蹤狀態(tài)的能力。

2 目標(biāo)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

在基于 VxWorks嵌入式系統(tǒng)下，根據(jù)坦克目標(biāo)自動(dòng)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(jì);PCI9054的配置;接口驅(qū)動(dòng)程序的編寫以及系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)自動(dòng)跟蹤計(jì)算機(jī)與坦克火控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。

下面就坦克目標(biāo)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。坦克目標(biāo)自動(dòng)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(jī)、瞄準(zhǔn)線功率驅(qū)動(dòng)模塊、視場(chǎng)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(jī)由主機(jī)板、 DSP板、圖像圖形板、I/O板、電源板和機(jī)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(zhǔn)線驅(qū)動(dòng)控制模塊主要對(duì)跟蹤器主機(jī)輸出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大來驅(qū)動(dòng)瞄準(zhǔn)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(xué)改造部件及圖像采集器 CCD;連接電纜用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)各部件的信號(hào)連接。坦克目標(biāo)自動(dòng)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(biāo)自動(dòng)跟蹤器與火控系統(tǒng)相連接的橋梁，在目標(biāo)自動(dòng)跟蹤火控系統(tǒng)中具有極其重要的作用。它要求實(shí)時(shí)處理 DSP板傳送的目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)和瞄準(zhǔn)線中心的偏差量，最終轉(zhuǎn)化為對(duì)瞄準(zhǔn)線的控制量。將瞄準(zhǔn)線控制量傳送給瞄準(zhǔn)線驅(qū)動(dòng)控制模塊，實(shí)現(xiàn)高精度控制瞄準(zhǔn)線，使之始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。

3 在 VxWorks下的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

3.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用程序必須通過驅(qū)動(dòng)程序才能與硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，而驅(qū)動(dòng)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(jí)支持包向 VxWorks提供與硬件環(huán)境的接口，負(fù)責(zé)完成加電時(shí)的硬件初始化、為 VxWorks訪問硬件驅(qū)動(dòng)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(jìn)行集成。因此在 VxWorks下編寫驅(qū)動(dòng)程序時(shí)首先要對(duì) BSP進(jìn)行修改配置。根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)程序設(shè)計(jì)、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(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。

1 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是以嵌入式計(jì)算機(jī)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(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。和通用計(jì)算機(jī)不同，嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)具體應(yīng)用的專用系統(tǒng)，目的就是要把一切變得更簡(jiǎn)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(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)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(dú)立工作的“器件”;用于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)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(shí)時(shí)處理能力，這就要求嵌入式操作系統(tǒng)(EOS)具有實(shí)時(shí)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(chǔ)器中或閃存中，也就是說軟件要求固態(tài)化存儲(chǔ)，而不是存儲(chǔ)在磁盤等載體中。

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

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

2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)的各功能部件圖1所示，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(jī)之間。連接/接口層使能主機(jī)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(dòng)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(dòng)程序設(shè)計(jì)

在Vxworks5.4中，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序都是基于BSD UNIX版本4.3基礎(chǔ)上的，這些驅(qū)動(dòng)程序都定義在一個(gè)全局例程中，那就是attach子程序，xxattach( )子程序中包含5個(gè)函數(shù)指針，它們都被映射到ifnet結(jié)構(gòu)中，這5個(gè)函數(shù)可見表1，它們?cè)贗P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(dòng)程序入口xxattach( )調(diào)用ether_attach( )來把上述5個(gè)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(gè)接口數(shù)據(jù)記錄(Interface Data Record (idr))，unit號(hào)和設(shè)備名，下面四個(gè)參數(shù)就是相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序的函數(shù)指針。第一個(gè)函數(shù)指針指的是init( )例程，這個(gè)例程可要可不要，第二個(gè)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(gè)函數(shù)指針指的是把數(shù)據(jù)包送到物理層;最后一個(gè)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(gè)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(gè)入口驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序設(shè)計(jì)

END驅(qū)動(dòng)程序是基于MUX模式，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)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(xì)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(dòng)程序需要訪問網(wǎng)絡(luò)層(IP或其他協(xié)議)時(shí)，也會(huì)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(dòng)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(dòng)程序加載到Vxworks系統(tǒng)中

要對(duì)所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行測(cè)試，首先就必須把驅(qū)動(dòng)程序加載到Vxworks IMAGE中，并且給設(shè)備分配一個(gè)IP，這樣才能有利于網(wǎng)間測(cè)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(jì)的網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序添加到Vxworks內(nèi)核中了。

2.4 PCI設(shè)備檢測(cè)

如果所設(shè)計(jì)的網(wǎng)卡是基于PCI總線的，那么在程序開始就需要對(duì)PCI設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，在Vxworks5.4中有專門的PCI函數(shù)來檢測(cè)設(shè)備的總線號(hào)、設(shè)備號(hào)和功能號(hào)。首先利用pciFindDevice( )函數(shù)對(duì)給定VendorID和DeviceID的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)完后同時(shí)給出了設(shè)備的總線號(hào)、設(shè)備號(hào)和功能號(hào);接下來就是獲得該設(shè)備的中斷號(hào)、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(hào)：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(hào)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(dòng)程序，推薦利用串口對(duì)程序進(jìn)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(shí)候首先應(yīng)該給網(wǎng)卡分配一個(gè)IP(利用usrNetIfConfig函數(shù))，然后利用ping來對(duì)網(wǎng)卡進(jìn)行測(cè)試。

3 結(jié)語

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