基于QNX系統(tǒng)的某型外場測試設(shè)備設(shè)計

曾輝　奚國權(quán)　梁巍

【摘要】 某型外場測試設(shè)備基于PC104硬件系統(tǒng)平臺，以QNX為操作系統(tǒng)，用于實現(xiàn)某型發(fā)射裝置電氣系統(tǒng)的功能測試。QNX系統(tǒng)是一種微內(nèi)核、實時性好的操作系統(tǒng)。用QNX自帶的應(yīng)用軟件開發(fā)平臺進行測試軟件開發(fā)，既能滿足設(shè)備實時性要求又能滿足良好人機交互界面的需求。

【關(guān)鍵詞】 外場測試設(shè)備 PC/104系統(tǒng) QNX操作系統(tǒng)

引言

QNX實時操作系統(tǒng)是加拿大QNX公司開發(fā)的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)軟件，是一個分布、嵌入式、可規(guī)模擴展的微內(nèi)核實時操作系統(tǒng)。QNX 6.x有一個非常小的微內(nèi)核[1]（約為12K），微內(nèi)核只提供最基本的服務(wù)，包括線程調(diào)度、進程間通信以及同步、中斷處理，并通過消息傳輸機制與OS各模塊進行通信。這一機制使得QNX能夠勝任實時性和開發(fā)靈活性要求很高的應(yīng)用領(lǐng)域，如過程控制、測試設(shè)備、數(shù)據(jù)通信等。而外場測試設(shè)備要求人機界面友好、操作簡便快捷，測試數(shù)據(jù)實時顯示，而且有較多的時間參數(shù)，因此對系統(tǒng)的實時性要求較高。此外還要求體積小攜帶方便、外場環(huán)境適應(yīng)能力強、功耗小。為滿足上述需求，該測試設(shè)備選擇PC104嵌入式系統(tǒng)作為設(shè)備硬件平臺，選擇QNX系統(tǒng)為設(shè)備的操作系統(tǒng)。

一、選用QNX的優(yōu)勢

以QNX為操作系統(tǒng)和PC104嵌入式系統(tǒng)為平臺[2]的測試設(shè)備具有其他基于Windows操作系統(tǒng)或基于DSP微處理器的外場測試設(shè)備不可比擬的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在下述幾個方面：首先，QNX系統(tǒng)平臺改變了外場測試設(shè)備的人機界面模式，傳統(tǒng)以單片機或F240等嵌入式系統(tǒng)為核心，配以外圍接口電路和液晶屏等組成的測試設(shè)備，其人機界面簡陋），信息量非常有限，而本系統(tǒng)平臺用QNX操作系統(tǒng)自帶的軟件開發(fā)工具能進行圖形界面開發(fā)，能開發(fā)與在Windows系統(tǒng)下VC++等面向?qū)ο箝_發(fā)工具一樣美觀、友好的人機界面，顯示更多的測試信息。其次，QNX系統(tǒng)內(nèi)核小，對CPU板卡要求低，能滿足設(shè)備功耗低，解決設(shè)備散熱難的問題，在過去的測試設(shè)備中嘗試過采用PC104嵌入式平臺，配以Windows操作系統(tǒng)研制外場測試設(shè)備，卻因為Windows系統(tǒng)大而復(fù)雜，負(fù)擔(dān)重，對CPU資源要求高，造成設(shè)備功耗過大，產(chǎn)生熱量多，又因為其外場惡劣的環(huán)境因素，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度高而在外場應(yīng)用時經(jīng)常死機，甚至系統(tǒng)崩潰。選用QNX操作系統(tǒng)，CPU可以選擇300～500MHz頻率，系統(tǒng)運行速度快，功耗低，產(chǎn)生熱量較少，不會出現(xiàn)系統(tǒng)死機、崩潰等現(xiàn)象。最后，QNX遵循POSIX實時標(biāo)準(zhǔn)。這不僅意味著代碼可移植性，還意味著任何程序員如果具有UNIX、Linux或其它POSIX經(jīng)驗，即使不了解嵌入式實時操作系統(tǒng)，容易上手，也可以輕松地在QNX的環(huán)境下進行研發(fā)。

二、測試設(shè)備需求分析

外場測試設(shè)備的功能是通過模擬導(dǎo)彈有關(guān)信號和邏輯時序?qū)Πl(fā)射裝置和飛機有關(guān)線路和發(fā)控時序進行檢查，另外還能在飛機沒有懸掛發(fā)射裝置之前對飛機相關(guān)接口的供電信號、模擬通道、數(shù)字通道和控制時序進行檢查。

掛上發(fā)射裝置后發(fā)射裝置接口檢測，通過模擬導(dǎo)彈的各種工作狀態(tài)，檢查發(fā)射裝置電氣接口和功能的正確性，本狀態(tài)測試信息類型有：1553B總線信息，429總線信息，供電信息，串口信息、I/O采集信號及I/O輸出信號。

三、測試設(shè)備的硬件構(gòu)型

根據(jù)上述功能需求，測試設(shè)備構(gòu)建了一種基于PC/104結(jié)構(gòu)嵌入式計算機系統(tǒng)的外場設(shè)備平臺，如圖1所示。

四、測試設(shè)備軟件設(shè)計

在啟動電源開關(guān)后，應(yīng)用軟件自動加載并根據(jù)不同接口進入相應(yīng)的測試主界面。因為QNX系統(tǒng)支持多線程，所以測試軟件采用多線程機制完成功能測試[3]。

本軟件線程分為三類：主測試線程、界面顯示線程、中斷處理線程。進入測試界面后啟動主測試線程，主線程將各個功能模塊貫穿起來作后臺測試，界面顯示線程響應(yīng)主測試中測試消息信息，中斷處理線程完成設(shè)備驅(qū)動程序數(shù)據(jù)傳遞，其線程間消息傳遞如圖2所示。

中斷線程主要是各個板卡驅(qū)動程序中處理數(shù)據(jù)線程，將處理結(jié)果傳遞給主測試線程，提供主線程測試需要的數(shù)據(jù)（如429總線數(shù)據(jù)、I/O口位采集數(shù)據(jù)、串口接受數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)信息）。中斷處理線程在板卡驅(qū)動程序編寫中有介紹，這里不再重復(fù)介紹。整個測試基本是用這三類線程完成，后臺測試，前臺顯示，底層板卡驅(qū)動提供數(shù)據(jù)，脈絡(luò)清晰，易讀易改。不掛架狀態(tài)測試程序框架結(jié)構(gòu)與之一樣，這里不再描述。

五、結(jié)束語

本測試設(shè)備以QNX為操作系統(tǒng)匹配PC104嵌入式系統(tǒng)，并且自行研制測試應(yīng)用軟件，目前已交付外場使用。設(shè)備以其友好、美觀的人機界面和良好的功能、性能測試效果能滿足某型發(fā)射裝置外場測試要求。

而且，隨著技術(shù)的發(fā)展和越來越高的部隊作戰(zhàn)需求，武器裝備正朝著系列化、模塊化、組合化和通用化的方向發(fā)展，而基于PC/104嵌入式硬件平臺同時采取微內(nèi)核QNX為操作系統(tǒng)的應(yīng)用解決了用Windows系統(tǒng)導(dǎo)致設(shè)備功耗大，散熱難問題。這種模塊化、通用化的設(shè)計思路不論在功能上還是在技術(shù)上都有很大的優(yōu)勢。而本系統(tǒng)設(shè)計對于不同型號發(fā)射裝置的外場測試設(shè)備，只需進行很少的基于個例的接口適配模塊設(shè)計和開發(fā)設(shè)備驅(qū)動與應(yīng)用層軟件即可，從而可以大大縮短開發(fā)周期，減少維護費用，因此具有很好的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] QNX.Getting Started with QNX Neutrino：A Guidide for Realtime Programmers[EB/OL][2013-01].http：//www.qnx.com.

[2] 姜廣山，祖家奎.基于QNX的PC104總線設(shè)備驅(qū)動模塊的開發(fā).工業(yè)控制計算機，2010，23（12）：1-4頁

[3] QNX Neutrino RTOS Multicore Processing Users Guide[OL]. [EB/OL][2013-01].http：//www.qnx.com.

[4] 王斑，苗克堅.QNX驅(qū)動程序的編寫.微型電腦應(yīng)用，2006，22（3）：60-62頁