李松巖,劉 品

(駐203所軍事代表室,西安 710065)

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基于RTX和雙進(jìn)程共享內(nèi)存的實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李松巖,劉 品

(駐203所軍事代表室,西安 710065)

針對(duì)Windows系統(tǒng)下檢測(cè)系統(tǒng)普遍存在的實(shí)時(shí)性問(wèn)題,提出了一種基于RTX和雙進(jìn)程共享內(nèi)存技術(shù)的實(shí)時(shí)性解決方案;系統(tǒng)以X86架構(gòu)通用計(jì)算機(jī)為平臺(tái),采用PXI接口數(shù)據(jù)采集卡,在Windows XP操作系統(tǒng)下采用RTX擴(kuò)展插件,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套具有實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)功能的檢測(cè)系統(tǒng);經(jīng)測(cè)試和實(shí)際應(yīng)用,該檢測(cè)系統(tǒng)性能穩(wěn)定、測(cè)量實(shí)時(shí)性可達(dá)0.01 ms。

檢測(cè)系統(tǒng);RTX;實(shí)時(shí)性;共享內(nèi)存

0 引言

采用通用測(cè)試平臺(tái),簡(jiǎn)化檢測(cè)設(shè)備并且實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)備的統(tǒng)一化和通用化是目前提高裝備保障力的發(fā)展方向。某火箭炮發(fā)控系統(tǒng)檢測(cè)一直以來(lái)依靠工控機(jī)平臺(tái)和PXI數(shù)據(jù)采集卡在Windows系統(tǒng)下設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),普遍存在時(shí)序信號(hào)檢測(cè)精度低、時(shí)序控制時(shí)間精度達(dá)不到要求等問(wèn)題。文中以RTX(real time extense)和共享內(nèi)存(shared memory)技術(shù)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套具有很高實(shí)時(shí)性的發(fā)控設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)。

1 總體方案設(shè)計(jì)

檢測(cè)系統(tǒng)選用NI公司PXI計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡為平臺(tái),通過(guò)信號(hào)調(diào)理板將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后送入數(shù)據(jù)采集卡。系統(tǒng)運(yùn)行Windows XP OS,設(shè)計(jì)了RTX進(jìn)程和MFC進(jìn)程[1-3],進(jìn)程間通過(guò)共享內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[4]。采集信號(hào)和時(shí)序控制由RTX進(jìn)程實(shí)現(xiàn),波形回放及檢測(cè)結(jié)果判定等功能由MFC進(jìn)程實(shí)現(xiàn)。

2 硬件設(shè)計(jì)

為了盡可能使檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化和通用化,檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)以普通計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡為主,輔以自研信號(hào)調(diào)理卡,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集。檢測(cè)系統(tǒng)硬件原理框圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 硬件功能框圖

2.1 多樣性信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

適配器采用被測(cè)信號(hào)以差分方式輸入、電源“懸浮”隔離、自校準(zhǔn)與被測(cè)狀態(tài)自適應(yīng)轉(zhuǎn)換和線性比例衰減信號(hào)調(diào)理等技術(shù),實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的線性衰減與電平匹配、被測(cè)信號(hào)間和電源間電性能隔離,完成對(duì)26路被測(cè)信號(hào)與電源的接入、輸出和信號(hào)調(diào)理。其中差分/線性衰減級(jí)采用BURR-BROWN公司INA146差分輸入模塊,隔離放大/限位保護(hù)級(jí)采用AD公司AD215隔離型運(yùn)算放大模塊。

2.2 信道隔離

26路被檢測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)通道電路板以差分輸入方式信號(hào)調(diào)理,實(shí)現(xiàn)了被測(cè)信號(hào)電路之間電性能隔離。

2.3 電平匹配

由于PXI-6225 A/D采集板卡的模擬信號(hào)電壓輸入范圍為±10 V,針對(duì)被檢測(cè)的電壓信號(hào)大大超過(guò)其輸入范圍的情況,通過(guò)線性比例衰減的信號(hào)調(diào)理,實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)電壓與PXI-6225 A/D采集板卡模擬信號(hào)電壓輸入范圍之間的電平匹配。

2.4 自校準(zhǔn)狀態(tài)與檢測(cè)狀態(tài)自適應(yīng)轉(zhuǎn)換

利用適配器前面板上接插件的針腳和電源(插頭上閑置的2個(gè)針腳短接,對(duì)應(yīng)的插座上2個(gè)針腳分別接繼電器線圈和電源地)構(gòu)成繼電器控制電路,完成14路信號(hào)調(diào)理通道的自校準(zhǔn)狀態(tài)與檢測(cè)狀態(tài)自適應(yīng)轉(zhuǎn)換。即:

1)當(dāng)插頭未插入插座時(shí)繼電器不動(dòng)作,14路信號(hào)調(diào)理通道均通過(guò)繼電器的常閉觸點(diǎn)接入自校準(zhǔn)電路的標(biāo)準(zhǔn)電壓,適配器可以自動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)上電自檢和自校準(zhǔn)工作狀態(tài)。

2)當(dāng)插頭插入插座上時(shí)繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作,14路信號(hào)調(diào)理通道均通過(guò)繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換接入被測(cè)信號(hào)輸入通道,適配器可以自動(dòng)進(jìn)入檢測(cè)工作狀態(tài)。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件架構(gòu)

檢測(cè)系統(tǒng)軟件由兩個(gè)進(jìn)程組成,見(jiàn)圖2所示。其中MFC進(jìn)程主要完成人機(jī)交互、界面顯示、數(shù)據(jù)分析與處理、報(bào)表實(shí)現(xiàn)等非實(shí)時(shí)任務(wù)功能,而RTX進(jìn)程則完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與采集、實(shí)時(shí)任務(wù)控制等功能。兩個(gè)進(jìn)程間通過(guò)Named Event和Shared Memory實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和任務(wù)的交互[5-6]。

3.2 RTX進(jìn)程

RTX是Ardence公司(已被IntervalZero公司收購(gòu))

為解決Windows操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題而推出的一套實(shí)時(shí)插件。RTX被實(shí)現(xiàn)為一套庫(kù)的集合(動(dòng)態(tài)庫(kù)與靜態(tài)庫(kù)),并提供了一套R(shí)tWinAPI的實(shí)時(shí)API實(shí)現(xiàn)對(duì)這些對(duì)象的訪問(wèn)方法。通過(guò)RTX擴(kuò)展技術(shù)可以在Windows非實(shí)時(shí)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)10 ns的定時(shí)精度和0.01 ms的任務(wù)精度,可以實(shí)現(xiàn)絕大多數(shù)的實(shí)時(shí)任務(wù)需求。RTX技術(shù)的架構(gòu)見(jiàn)圖3所示。

RTX進(jìn)程由兩個(gè)工作線程和一個(gè)定時(shí)器組成。其中一個(gè)主線程主要完成初始化配置,與MFC進(jìn)程進(jìn)行通信等任務(wù);一個(gè)數(shù)據(jù)采集線程主要完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集任務(wù);定時(shí)器模塊則處理所有對(duì)時(shí)序有嚴(yán)格要求的指令。RTX進(jìn)程的軟件流程圖如圖4所示。

圖2 檢測(cè)系統(tǒng)軟件架構(gòu)

圖3 RTX體系架構(gòu)

圖4 RTX進(jìn)程軟件流程圖

3.3 MFC進(jìn)程

MFC進(jìn)程采用結(jié)構(gòu)化、模塊化的編程方式,形成4個(gè)模塊化子程序:自檢自校準(zhǔn)故障診斷軟件、檢測(cè)參數(shù)輸入識(shí)別軟件、波形擬合顯示軟件和檢測(cè)結(jié)果輸出軟件。

1)自檢自校準(zhǔn)界面:控制適配器的+5 V、+15 V加電,進(jìn)入系統(tǒng)自檢和自校準(zhǔn)工作程序;控制適配器斷電,系統(tǒng)自檢和自校準(zhǔn)工作結(jié)束,顯示自檢和自校準(zhǔn)結(jié)果(包括背景噪聲數(shù)值)。

2)檢測(cè)監(jiān)控界面:進(jìn)入檢測(cè)工作程序。從系統(tǒng)軟件界面輸入檢測(cè)參數(shù)、選擇測(cè)試管號(hào),并選擇開(kāi)始,由系統(tǒng)軟件調(diào)用測(cè)試平臺(tái)的相關(guān)資源為適配器供電,調(diào)用信號(hào)采集模塊對(duì)26路被檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)處理和顯示出檢測(cè)結(jié)果。其中,火箭炮走12管連射時(shí)序,通過(guò)軟件預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)被采集進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行比對(duì),顯示出結(jié)果(實(shí)時(shí)顯示并量化和判斷是否正常)。

3)波形顯示界面:在檢測(cè)結(jié)束后,對(duì)26路被檢測(cè)信號(hào)波形在不同的分類子頁(yè)面中-85 s～0 s～+120 s時(shí)間軸上按照檢測(cè)時(shí)序進(jìn)行回放見(jiàn)圖5所示。

4)打印報(bào)表界面:輸入打印參數(shù),輸出檢測(cè)報(bào)表。

圖5 波形回放界面

3.4 檢測(cè)流程

檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)機(jī)箱后面板VPC-9025接口與測(cè)試平臺(tái)的電源模塊、PXI-6225A/D采集板卡連接,通過(guò)機(jī)箱前面板插座、測(cè)試線纜、對(duì)接裝置與火箭炮口尾連接構(gòu)成回路。通過(guò)測(cè)試平臺(tái)的PXI主控計(jì)算機(jī)及平臺(tái)總軟件調(diào)用檢測(cè)軟件,進(jìn)入發(fā)控系統(tǒng)檢測(cè)判斷總菜單界面,從系統(tǒng)總菜單界面上可選擇進(jìn)入相應(yīng)功能界面。系統(tǒng)軟件結(jié)束檢測(cè),同時(shí)被測(cè)產(chǎn)品斷電,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在PXI主控計(jì)算機(jī)中。發(fā)控系統(tǒng)檢測(cè)軟件檢測(cè)控制流程見(jiàn)圖6所示。

圖6 發(fā)控檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)控制流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

該檢測(cè)系統(tǒng)以解決某型火箭炮發(fā)控系統(tǒng)檢測(cè)實(shí)際問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn),提出的雙進(jìn)程和共享內(nèi)存技術(shù),解決了Windows系統(tǒng)下實(shí)時(shí)檢測(cè)的難題,實(shí)現(xiàn)了某型火箭發(fā)控系統(tǒng)的自動(dòng)化檢測(cè),不僅提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確度,也大大提高了檢測(cè)效率。

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Design and Realization of Real-time Test System Based on RTX and Double Thread Shared Memory

LI Songyan,LIU Pin

(Military Representative Office of Army Aviationin in No.203 Institute, Xi’an 710065, China)

For the real-time problem of test system in Windows OS, a kind of RTX and shared memory method has been put forward. A new real-time test system has been developed based on X86 general computer and RTX for windows. Experiments show that, the real-time test system performance is stable and its precision of time-test arrives at 0.01 ms.

Test system; RTX; real-time; shared memory

2015-03-05

李松巖(1963-),男,山西臨猗人,高級(jí)工程師,研究方向:彈藥工程,火箭彈、導(dǎo)彈研制過(guò)程質(zhì)量監(jiān)督。

TP306.2

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