基于DeltaOS&QT的雷達終端的設計與實現(xiàn)

張 鵬

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

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基于DeltaOS&QT的雷達終端的設計與實現(xiàn)

張 鵬

(中國船舶重工集團公司第723研究所，揚州 225001)

針對雷達終端要求的高實時性、高可靠性，提出了某雷達終端顯示控制系統(tǒng)的軟硬件設計方案。在設計方案中，顯示控制系統(tǒng)基于PowerPC微處理器，采用嵌入式實時操作系統(tǒng)DeltaOS，并利用跨平臺開發(fā)環(huán)境QT進行應用程序開發(fā)。測試表明該終端系統(tǒng)具有較高的實時性和可靠性，滿足相關應用需求。

DeltaOS；QT；雷達終端；PowerPC

0 引 言

隨著計算機技術的快速發(fā)展，嵌入式計算機在實際中的應用已十分廣泛。雷達終端是典型的強實時性應用系統(tǒng)，需使用嵌入式操作系統(tǒng)進行支持?，F(xiàn)階段，廣泛采用的是Vxworks操作系統(tǒng)，在Vxworks系統(tǒng)支持下系統(tǒng)可靠性、實時性均可滿足用戶的需求。但現(xiàn)在應信息安全的考慮及國家對具有自主知識產(chǎn)權操作系統(tǒng)的支持，國產(chǎn)操作系統(tǒng)陸續(xù)推出，其中DeltaOS(道系統(tǒng))便是其中的代表。

本文選用了PowerPC集成處理器為硬件基礎，結(jié)合DeltaOS嵌入式操作系統(tǒng)，采用可跨平臺開發(fā)環(huán)境QT進行可視化應用程序開發(fā)，討論了基于MPC8540集成處理器的雷達終端設計實現(xiàn)方案。

1 DeltaOS

DeltaOS作為我國依靠自主技術力量開發(fā)的嵌入式實時操作系統(tǒng)，具有較高的成熟度，可提供基于優(yōu)先級搶占的實時任務調(diào)度策略和動態(tài)加載功能，已陸續(xù)應用于軍工裝備軟件開發(fā)領域，并對硬件支持提供持續(xù)改進。DeltaOS主要包括：DeltaCORE(嵌入式內(nèi)核，提供系統(tǒng)核心接口)、DeltaNET(基于TCP/IP協(xié)議族嵌入式網(wǎng)絡模塊)，DeltaFILE(嵌入式文件模塊)以及DeltaGUI(嵌入式圖形模塊)。在DeltaCore和其他支持系統(tǒng)模塊之間，DeltaOS提供VxWorks接口兼容層，兼容多功能標準顯控臺標準配套模塊所使用的全部VxWorks操作系統(tǒng)接口，支持VxWorks5.5目標代碼的加載、運行，保障多功能標準顯控臺標準的沿用，保障基于多功能標準顯控臺所開發(fā)應用程序的快速移植[1]。DeltaOS系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 DeltaOS組成

2 QT集成開發(fā)環(huán)境

QT提供了一整套基于C++應用程序開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，包括類庫以及用于跨平臺開發(fā)的通用工具。QT的類庫對應用程序開發(fā)所需要的所有基礎結(jié)構(gòu)進行了封裝：包括了成熟的對象模型、內(nèi)容豐富的集合類、圖形用戶界面編程與布局設計功能、數(shù)據(jù)庫編程、網(wǎng)絡、可擴展標記語言(XML)、國際化、OpenGL集成等，其中主要有QtGui、QtCort、QtNetWork及QtOpenGL4個模塊，提供了較為廣泛的開發(fā)能力，可對高性能、跨平臺的人機界面進行開發(fā)[2]。

QT提供了跨平臺開發(fā)工具QtCreator，它的主要功能優(yōu)勢：使用強大的C++編輯器可快速進行代碼編寫；集成Perforce版本控制工具管理源代碼；為跨平臺開發(fā)人員提供量身定制(如QTDesigner)。一般情況下，可使用QTCreator+MinGW在Windows環(huán)境下進行用戶界面開發(fā)與調(diào)試，在開發(fā)完成后，用戶可以使用QT提供的商用化跨平臺開發(fā)工具(QT-commercial)進行特定平臺移植，達到快速開發(fā)并且降低平臺移植風險的目的。

3 雷達終端總體設計與實現(xiàn)

雷達終端是雷達系統(tǒng)中必不可少的組成部分，其主要工作是為操作員提供與雷達系統(tǒng)的交互，實現(xiàn)對雷達的控制、設備狀態(tài)監(jiān)視、探測目標觀測等功能。雷達終端主要包括了顯示模塊、控制模塊以及接口模塊3個部分。雷達終端系統(tǒng)采用了嵌入式實時操作系統(tǒng)DeltaOS，開發(fā)調(diào)試在QTCreator中進行[3]。

3.1 硬件總體設計

雷達終端由一塊PowerPC板組成，選用了MPC8540集成芯片，輸入電壓為1.5V和3.3V，集成了256kBL2cache，支持SIMD擴展，工作主頻800MHz，同時還集成了通訊處理模塊(CPM)。CPM分擔了內(nèi)核外圍通訊工作。雷達終端的顯示控制板主要具有如下功能(如圖2所示)：

(1) 具有上電、復位及掉電保護功能，并具有自檢、輸出自檢信號功能；

(2) 1路CAN實現(xiàn)雷達整機加電、高壓控制等功能；

(3) 1路USB總線實現(xiàn)觸摸屏控制、摸球控制功能；

(4)CPM提供網(wǎng)絡接口功能，RS422串口功能。

圖2 顯示控制板框圖

3.2 DeltaOS功能性能分析

DeltaOS內(nèi)核DeltaCORE提供了12類共130多個系統(tǒng)調(diào)用，為多任務應用程序開發(fā)提供了基礎。本文主要就DeltaOS與Vxworks進行了比較，功能方面，針對于作戰(zhàn)應用軟件所用到的任務管理、內(nèi)存管理、中斷管理、信號量、消息隊列、時間管理、看門狗定時器等功能，DeltaCORE與Wind(Vxworks內(nèi)核)提供了相似的系統(tǒng)功能調(diào)用，能夠滿足具體應用要求。其功能比對如表1所示[4]。

表1 內(nèi)核功能對比

實時性操作系統(tǒng)一般需對其創(chuàng)建啟用任務事件、中斷響應時間、任務切換時間、任務通信時間等來評估系統(tǒng)性能[5]，因此，通過在內(nèi)核調(diào)用前后向I/O口寫入信號，使用邏輯分析儀測量信號并計算時間差，測量結(jié)果如表2所示。

表2 內(nèi)核性能對比

從表2中數(shù)據(jù)可看出，DeltaCORE和Wind內(nèi)核性能相當，部分性能甚至略占優(yōu)勢，其各指標響應時間和Wind內(nèi)核均屬同一量級，因此，可滿足作戰(zhàn)應用軟件的需求。

3.3 顯示控制終端軟件功能設計

本雷達顯示控制終端主要包含綜合顯示、目標表頁顯示、顯示控制、雷達參數(shù)設置、雷達參數(shù)顯示、雷達系統(tǒng)操控6個軟件模塊。模塊劃分及功能流程設計如圖3、圖4所示。

圖3 終端軟件組成

圖4 終端軟件功能流程圖

綜合顯示功能主要完成PPI顯示，包括背景視頻、目標航跡、距標線、刻度、同步線、方標線等顯示；以及導航信息、時間信息等提示信息的顯示，提供操作員友好的人機界面，對雷達探測威力區(qū)內(nèi)的情況進行觀測。

目標表頁顯示功能主要完成對目標參數(shù)以表頁形式進行顯示，包括對目標批號、方位、距離、航向、航速等信息的顯示，提供操作員目標航跡參數(shù)信息的實時更新顯示，為操作者判斷目標走勢提供直觀信息。

顯示控制功能主要完成對PPI顯示區(qū)控制，包括對顯示量程、顯示/隱匿、偏心顯示、航跡軌跡顯示、顯示顏色等進行控制，提供操作者良好的交互方式，可依據(jù)操作者觀察習慣進行定制。

雷達參數(shù)控制功能主要完成對雷達處理參數(shù)的設置，包括增益、多普勒頻率、工作頻點等設置，提供操作者快捷的人機交互。

雷達參數(shù)顯示功能主要完成對設置后的雷達參數(shù)顯示，與雷達控制功能相集成，對參數(shù)設置后的雷達工作參數(shù)進行顯示，提示操作者進行正確的操作。

雷達系統(tǒng)操控功能主要通過中間件對操控模塊進行控制，完成雷達工作模式、工作量程、伺服開關等控制，提供操作者可觸摸控制接口，對觸摸控制模塊的操作進行響應，并將狀態(tài)反饋于觸摸控制模塊。

4 系統(tǒng)集成與測試

雷達終端軟件使用QTCreator進行開發(fā)，通過GCC+QT的編譯環(huán)境，生成可執(zhí)行目標代碼后，將目標代碼下載至目標機運行。運行后界面如圖5所示。

圖5 調(diào)試運行效果圖

5 結(jié)束語

DeltaOS為應用程序提供了必要的內(nèi)核功能接口及高可靠性、高實時性，滿足了國產(chǎn)化課題的需要。QT提供了豐富的控件類庫, 并提供了便捷的窗口布局工具, 為設計不同的雷達顯示控制終端界面提供了高效、快捷的方法。因此，基于DeltaOS&QT下的雷達終端開發(fā)，不僅為開發(fā)者提供了便捷的開發(fā)方式，還為應用程序提供了高可靠性、實時性的運行環(huán)境。

[1] 張京．嵌入式軟件開發(fā)[M]．西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[2] 郭兵，熊光澤，陳麗蓉，蔡建平.嵌入式應用軟件環(huán)境DeltaOS/LamTool的設計與實現(xiàn)[C]//第十屆全國抗惡劣環(huán)境計算機學術年會，2001:28-31.

[3] 朱秉穎.基于嵌入式GUI雷達控制系統(tǒng)人機界面設計[J].現(xiàn)代雷達,2007,29(3):52-55.

[4] 李陽，曹萬華.基于DeltaGUI的雙屏顯示技術研究[J].艦船電子工程，2004,24(6):82-84.

[5] 劉云生，徐超.TOS實時性能測試[J].計算機工程與應用,2004(11):93-95.

DesignandRealizationofRadarTerminalBasedonDeltaOS&QT

ZHANGPeng

(The723InstituteofCSIC,Yangzhou225001,China)

Aimingatthehighreliabilityandstrongreal-timeresponsecapabilityofradarterminal，thispaperputsforwardthesoftwareandhardwaredesignschemefordisplayandcontrolsystemofacertainradarterminal.Inthescheme,thedisplayandcontrolsystemisbasedonPowerPCmicroprocessor,thereal-timeoperatingsystemDeltaOSisadopted,theapplicationisdevelopedbymeansofthecross-platformdevelopmentenvironmentQT.Thetestresultshowsthattheterminalsystemisprovidedwithhighreliabilityandstrongreal-timeresponsecapability,issatisfiedwiththeapplicationrequirement.

DeltaOS；QT；radarterminal；PowerPC

2016-02-22

TN

A

CN32-1413(2016)03-0090-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.03.023