基于DeltaOS&QT的雷達(dá)終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 鵬

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

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基于DeltaOS&QT的雷達(dá)終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 鵬

(中國船舶重工集團(tuán)公司第723研究所，揚(yáng)州 225001)

針對(duì)雷達(dá)終端要求的高實(shí)時(shí)性、高可靠性，提出了某雷達(dá)終端顯示控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)方案中，顯示控制系統(tǒng)基于PowerPC微處理器，采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DeltaOS，并利用跨平臺(tái)開發(fā)環(huán)境QT進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。測(cè)試表明該終端系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)性和可靠性，滿足相關(guān)應(yīng)用需求。

DeltaOS；QT；雷達(dá)終端；PowerPC

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式計(jì)算機(jī)在實(shí)際中的應(yīng)用已十分廣泛。雷達(dá)終端是典型的強(qiáng)實(shí)時(shí)性應(yīng)用系統(tǒng)，需使用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行支持。現(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(shí)時(shí)性均可滿足用戶的需求。但現(xiàn)在應(yīng)信息安全的考慮及國家對(duì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(chǔ)，結(jié)合DeltaOS嵌入式操作系統(tǒng)，采用可跨平臺(tái)開發(fā)環(huán)境QT進(jìn)行可視化應(yīng)用程序開發(fā)，討論了基于MPC8540集成處理器的雷達(dá)終端設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方案。

1 DeltaOS

DeltaOS作為我國依靠自主技術(shù)力量開發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有較高的成熟度，可提供基于優(yōu)先級(jí)搶占的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度策略和動(dòng)態(tài)加載功能，已陸續(xù)應(yīng)用于軍工裝備軟件開發(fā)領(lǐng)域，并對(duì)硬件支持提供持續(xù)改進(jìn)。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(luò)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(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)配套模塊所使用的全部VxWorks操作系統(tǒng)接口，支持VxWorks5.5目標(biāo)代碼的加載、運(yùn)行，保障多功能標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的沿用，保障基于多功能標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)所開發(fā)應(yīng)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(yīng)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(tái)開發(fā)的通用工具。QT的類庫對(duì)應(yīng)用程序開發(fā)所需要的所有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了封裝：包括了成熟的對(duì)象模型、內(nèi)容豐富的集合類、圖形用戶界面編程與布局設(shè)計(jì)功能、數(shù)據(jù)庫編程、網(wǎng)絡(luò)、可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)、國際化、OpenGL集成等，其中主要有QtGui、QtCort、QtNetWork及QtOpenGL4個(gè)模塊，提供了較為廣泛的開發(fā)能力，可對(duì)高性能、跨平臺(tái)的人機(jī)界面進(jìn)行開發(fā)[2]。

QT提供了跨平臺(tái)開發(fā)工具QtCreator，它的主要功能優(yōu)勢(shì)：使用強(qiáng)大的C++編輯器可快速進(jìn)行代碼編寫；集成Perforce版本控制工具管理源代碼；為跨平臺(tái)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(jìn)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(tái)開發(fā)工具(QT-commercial)進(jìn)行特定平臺(tái)移植，達(dá)到快速開發(fā)并且降低平臺(tái)移植風(fēng)險(xiǎn)的目的。

3 雷達(dá)終端總體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

雷達(dá)終端是雷達(dá)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(dá)系統(tǒng)的交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)的控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、探測(cè)目標(biāo)觀測(cè)等功能。雷達(dá)終端主要包括了顯示模塊、控制模塊以及接口模塊3個(gè)部分。雷達(dá)終端系統(tǒng)采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DeltaOS，開發(fā)調(diào)試在QTCreator中進(jìn)行[3]。

3.1 硬件總體設(shè)計(jì)

雷達(dá)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(kuò)展，工作主頻800MHz，同時(shí)還集成了通訊處理模塊(CPM)。CPM分擔(dān)了內(nèi)核外圍通訊工作。雷達(dá)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(fù)位及掉電保護(hù)功能，并具有自檢、輸出自檢信號(hào)功能；

(2) 1路CAN實(shí)現(xiàn)雷達(dá)整機(jī)加電、高壓控制等功能；

(3) 1路USB總線實(shí)現(xiàn)觸摸屏控制、摸球控制功能；

(4)CPM提供網(wǎng)絡(luò)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(gè)系統(tǒng)調(diào)用，為多任務(wù)應(yīng)用程序開發(fā)提供了基礎(chǔ)。本文主要就DeltaOS與Vxworks進(jìn)行了比較，功能方面，針對(duì)于作戰(zhàn)應(yīng)用軟件所用到的任務(wù)管理、內(nèi)存管理、中斷管理、信號(hào)量、消息隊(duì)列、時(shí)間管理、看門狗定時(shí)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(yīng)用要求。其功能比對(duì)如表1所示[4]。

表1 內(nèi)核功能對(duì)比

實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)一般需對(duì)其創(chuàng)建啟用任務(wù)事件、中斷響應(yīng)時(shí)間、任務(wù)切換時(shí)間、任務(wù)通信時(shí)間等來評(píng)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(hào)，使用邏輯分析儀測(cè)量信號(hào)并計(jì)算時(shí)間差，測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 內(nèi)核性能對(duì)比

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

3.3 顯示控制終端軟件功能設(shè)計(jì)

本雷達(dá)顯示控制終端主要包含綜合顯示、目標(biāo)表頁顯示、顯示控制、雷達(dá)參數(shù)設(shè)置、雷達(dá)參數(shù)顯示、雷達(dá)系統(tǒng)操控6個(gè)軟件模塊。模塊劃分及功能流程設(shè)計(jì)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(biāo)航跡、距標(biāo)線、刻度、同步線、方標(biāo)線等顯示；以及導(dǎo)航信息、時(shí)間信息等提示信息的顯示，提供操作員友好的人機(jī)界面，對(duì)雷達(dá)探測(cè)威力區(qū)內(nèi)的情況進(jìn)行觀測(cè)。

目標(biāo)表頁顯示功能主要完成對(duì)目標(biāo)參數(shù)以表頁形式進(jìn)行顯示，包括對(duì)目標(biāo)批號(hào)、方位、距離、航向、航速等信息的顯示，提供操作員目標(biāo)航跡參數(shù)信息的實(shí)時(shí)更新顯示，為操作者判斷目標(biāo)走勢(shì)提供直觀信息。

顯示控制功能主要完成對(duì)PPI顯示區(qū)控制，包括對(duì)顯示量程、顯示/隱匿、偏心顯示、航跡軌跡顯示、顯示顏色等進(jìn)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(xí)慣進(jìn)行定制。

雷達(dá)參數(shù)控制功能主要完成對(duì)雷達(dá)處理參數(shù)的設(shè)置，包括增益、多普勒頻率、工作頻點(diǎn)等設(shè)置，提供操作者快捷的人機(jī)交互。

雷達(dá)參數(shù)顯示功能主要完成對(duì)設(shè)置后的雷達(dá)參數(shù)顯示，與雷達(dá)控制功能相集成，對(duì)參數(shù)設(shè)置后的雷達(dá)工作參數(shù)進(jìn)行顯示，提示操作者進(jìn)行正確的操作。

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

4 系統(tǒng)集成與測(cè)試

雷達(dá)終端軟件使用QTCreator進(jìn)行開發(fā)，通過GCC+QT的編譯環(huán)境，生成可執(zhí)行目標(biāo)代碼后，將目標(biāo)代碼下載至目標(biāo)機(jī)運(yùn)行。運(yùn)行后界面如圖5所示。

圖5 調(diào)試運(yùn)行效果圖

5 結(jié)束語

DeltaOS為應(yīng)用程序提供了必要的內(nèi)核功能接口及高可靠性、高實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)不同的雷達(dá)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(dá)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(yīng)用程序提供了高可靠性、實(shí)時(shí)性的運(yùn)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(xué)出版社，2008.

[2] 郭兵，熊光澤，陳麗蓉，蔡建平.嵌入式應(yīng)用軟件環(huán)境DeltaOS/LamTool的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[C]//第十屆全國抗惡劣環(huán)境計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)年會(huì)，2001:28-31.

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

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

[5] 劉云生，徐超.TOS實(shí)時(shí)性能測(cè)試[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)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