关于基于VxWorks的星务管理系统软件多任务实时性调度设计.doc
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1、关于基于VxWorks的星务管理系统软件多任务实时性调度设计0 引言随着科学技术的不断进步,实时嵌入式操作系统得以广泛应用,而VxWorks操作系统在绝大多数的嵌入式操作系统中具有良好的实时性效果,它于1983年由美国的WindRiver公司设计出来。正是因为VxWorks操作系统的高实时性的特性,它被广泛应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中1。目前,对于航天事业的发展不断深入,对星务管理系统软件的功能越来越多,越来越复杂,同时性能要求也越来越高,而在这样的复杂多任务的情况下,同样需要保证任务处理的实时性2。为此,本文以VxWorks操作系统为核心,分析星务管理系统
2、软件的基本功能任务,结合VxWorks操作系统高效的实时性多任务调度、中断管理以及实时的系统资源等特点,设计讨论在诸多星务任务情况下,确保每个任务能够被合理调度,提高星务管理系统软件的高可实时性要求。1 VxWorks的多任务特性VxWorks操作系统采用微内核的设计风格,由微内核提供基本的多任务环境及对多任务进行管理3。在VxWorks操作系统中,每个任务都会具有就绪状态、挂起状态、延迟状态、休眠状态4种基本的状态4。这些任务的状态会随着调用相应的系统函数发生从当前状态跳转为相应的下一个状态,在任何状态下的任务也都能够被删除。VxWorks提供了两种任务调度算法:基于任务优先级的抢占式调度算
3、法、基于时间片轮转的调度算法。对于具有多任务环境下的系统,必须采用以上的其中一种调度算法,并将CPU的资源赋给处于就绪状态的任务。而对于高实时性要求的系统,若能将以上两种任务调度的协调配合很好地实现在系统中,系统的实时性便能得到更好的保证。时间片轮转的调度及优先级的抢占式调度结合实例如图1所示。图1中任务1和任务2的优先级相同,任务3的优先级高于任务1和任务2,任务4的优先级高于任务3。任务1和任务2按照基于时间片轮转的调度算法根据时间片的长度轮询占用CPU资源;当任务3来到时,抢占了任务1的资源,任务1被挂起,而任务3开始执行;当任务4到来时,抢占了任务3的资源,任务3被挂起,任务4开始执行
4、;当任务4执行完毕后,任务3被唤醒继续执行;当任务3执行完毕后,任务1被唤醒并继续执行。2 星务管理系统软件多任务设计2.1 架构分析在复杂的星务管理系统软件中,需要考虑软件的复用性、各个任务的内聚性和耦合性,从而保证星务管理系统软件高可靠性5。为此,结合VxWorks操作系统的特点,可将星务管理系统软件分为4层:板级包驱动层、系统内核层、由VxWorks提供的公共系统函数层以及应用层。图2为星务管理系统软件的结构图。图2中,板级包驱动层提供与硬件接口的底层驱动程序,包括对中断控制器的初始化、定时器的初始化、串口的初始化等其他硬件的初始化;系统内核层是整个系统的核心层,它为多任务提供管理、任务
5、间切换、调度分配CPU资源和对一些异常情况进行处理;公共系统函数层则起到了很好中间层作用,为应用层访问系统内核层提供了系统接口函数;应用层实现复杂的任务处理,如:姿态控制任务、遥测控制任务、轨迹控制任务、载荷控制任务、温度控制任务等。2.2 多任务调度2.2.1 基于任务优先级的抢占式调度设计由第1节介绍有关VxWorks多任务特性的设计思想,根据星务管理系统软件自身功能的需要,对任务进行合理有效的划分和优先级适当的设置,可以较好地简化星务管理系统软件的复杂度,也可以增加星务管理系统软件的稳定性。保证任务调度的正确性,则更好地保证了整个系统实时性6。星务管理系统软件按照设置周期性地运行,通过内
6、部总线和网络接收内部传感器和外部指令控制单元的命令和数据,经分析可对相应的任务进行控制操作。根据星务管理系统软件各功能特点,本文对一部分基本任务进行划分,各个任务的优先级由高到低分别为:(1)看门狗定时器中断处理任务;(2)遥控接收分析数据任务;(3)飞行轨迹任务;(4)姿态控制任务;(5)载荷控制任务;(6)遥测采集任务;(7)温度控制任务;(8)数据存取任务。图3为星务管理系统软件任务运行关系图。图3中,对于星务管理系统软件的初始化任务也可视为父任务,由父任务创建各个任务。设计中看门狗任务的优先级最高,这是为了保证系统在运行中,当出现异常情况导致整个系统死机或者瘫痪时,看门狗中断处理函数会
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- 关于 基于 VxWorks 管理 系统软件 任务 实时 调度 设计
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