基于VxWorks目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的接口板設(shè)計

　1 前言

　　由于目前發(fā)展現(xiàn)代化的坦克火控系統(tǒng)已成為充分發(fā)揮坦克火力，提高戰(zhàn)場生存能力的最有效途徑之一。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，VxWorks操作系統(tǒng)以其良好的有效性、可裁減性、互操作性、可靠性和卓越的實時性等優(yōu)點被廣泛地應(yīng)用在高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中。因此基于 VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)的目標(biāo)自動跟蹤技術(shù)的研究已經(jīng)成為提高坦克火控系統(tǒng)性能研究的主要方向。本文以研制坦克目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)信息處理平臺為背景，設(shè)計了基于 VxWorks的目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)的 PCI總線接口板，實現(xiàn)了坦克火控計算機與坦克火控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。其中以橋接芯片 PCI9054為核心的設(shè)計尤為重要。使目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)具備了能夠捕獲和跟蹤較復(fù)雜背景下的無偽裝的坦克和裝甲車的能力，以及在跟蹤狀態(tài)下出現(xiàn)目標(biāo)被遮擋時，系統(tǒng)進入記憶跟蹤狀態(tài)的能力。

2 目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

在基于 VxWorks嵌入式系統(tǒng)下，根據(jù)坦克目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)的總體技術(shù)要求，需要完成 I/O板硬件結(jié)構(gòu)電路的設(shè)計；PCI9054的配置；接口驅(qū)動程序的編寫以及系統(tǒng)主程序的設(shè)計，實現(xiàn)目標(biāo)自動跟蹤計算機與坦克火控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。

下面就坦克目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)總體設(shè)計進行論述。坦克目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)包括通用視頻跟蹤器的所有功能，系統(tǒng)硬件由跟蹤器主機、瞄準(zhǔn)線功率驅(qū)動模塊、視場圖像及相關(guān)信息顯示器、前端圖像采集系統(tǒng)和連接電纜等幾部分組成。跟蹤器主機由主機板、 DSP板、圖像圖形板、I/O板、電源板和機箱、無源底板、插接件組成，主要完成圖像采集、處理并輸出控制；瞄準(zhǔn)線驅(qū)動控制模塊主要對跟蹤器主機輸出的控制信號進行功率放大來驅(qū)動瞄準(zhǔn)線；顯示器用于顯示視野圖像及相關(guān)信息；前端圖像采集系統(tǒng)主要指火控系統(tǒng)光學(xué)改造部件及圖像采集器 CCD；連接電纜用于實現(xiàn)目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)各部件的信號連接。坦克目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)組成如圖1：

從圖 1中可知，系統(tǒng)通信與控制模塊（亦稱 I/O板）是通用型的目標(biāo)自動跟蹤器與火控系統(tǒng)相連接的橋梁，在目標(biāo)自動跟蹤火控系統(tǒng)中具有極其重要的作用。它要求實時處理 DSP板傳送的目標(biāo)現(xiàn)在點和瞄準(zhǔn)線中心的偏差量，最終轉(zhuǎn)化為對瞄準(zhǔn)線的控制量。將瞄準(zhǔn)線控制量傳送給瞄準(zhǔn)線驅(qū)動控制模塊，實現(xiàn)高精度控制瞄準(zhǔn)線，使之始終對準(zhǔn)目標(biāo)。

3 在 VxWorks下的驅(qū)動程序設(shè)計 　　

3.1設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計與實現(xiàn) 　　

應(yīng)用程序必須通過驅(qū)動程序才能與硬件進行數(shù)據(jù)通信，而驅(qū)動程序的編寫與操作系統(tǒng)密切相關(guān)。在 VxWorks操作系統(tǒng)中， BSP板級支持包向 VxWorks提供與硬件環(huán)境的接口，負(fù)責(zé)完成加電時的硬件初始化、為 VxWorks訪問硬件驅(qū)動程序提供支持、將 VxWorks中與硬件有關(guān)以及與硬件無關(guān)的軟件進行集成。因此在 VxWorks下編寫驅(qū)動程序時首先要對 BSP進行修改配置。根據(jù)本系統(tǒng)的實際情況需要修改 config.h頭文件： 　　

#define DEFAULT_BOOT_LINE "fei(0,0)host: VxWorks h=172.16.21.100 e=172.16.21.253 u=chb pw=123456"在 VxWorks中，設(shè)備驅(qū)動程序有查詢方式和中斷方式二種。無論采用哪一種方式，設(shè)備驅(qū)動程序的基本流程都是相同的，如圖 2：

　　從圖 2中可以看出，編寫設(shè)備驅(qū)動程序的第一步是獲取硬件接口參數(shù)，包括內(nèi)存映射地 址、I/O端口和系統(tǒng)中斷控制器的輸入(IRQ)。獲取這些參數(shù)的方法由硬件的接口方式?jīng)Q定。例如，PCI總線作為一種即插即用的總線結(jié)構(gòu)，在 BIOS和操作系統(tǒng)的支持下，能夠自動為設(shè)備分配合適的硬件接口參數(shù)。其部分程序代碼如下： 　　

1) 定義常量和全局變量 #define PCI9054_DEVICE_ID 0x9054 #define PCI9054_VENDOR_ID 0x10B5 #define PCI9054_MEMSIZE 0x00001000 #define PCI9054_INIT_STATE_MASK (VM_STATE_MASK_VALID | VM_STATE_MASK_WRITABLE | VM_STATE_MASK_CACHEABLE) #define PCI9054_INIT_STATE (VM_STATE_ VALID | VM_STATE_ WRITABLE | VM_STATE_ CACHEABLE_NOT) Typedef struct pci9054Info { UNIT pciBus,pciDevice,pciFunc; Char irq; }PCI9054_INFO; LOCAL PCI9054_INFO pci9054InfoTable={-1,-1,-1,-1}; 　　[!--empirenews.page--]

2）獲取硬件接口參數(shù) Void sysPci9054Init(void) {int pciBus, pciDevice, pciFunc; 　　Int intdex = 0; UINT32 membaseCsr; Char irq; PCI9054_INFO pciRes; pciRes = &pci9054InfoTable; 　　//利用供應(yīng)商標(biāo)識和設(shè)備標(biāo)識確定設(shè)備的總線號、設(shè)備號和功能號，在系統(tǒng)中查找設(shè)備 pciFindDevice(VENDER_ID, DEVICE_ID, 0, &pciBus, &pciDevice, &pciFunc) == DDRESS_1, &membaseCsr); //確定映射到系統(tǒng)中的設(shè)備基地址 membaseCsr&= PCI_MEMBASE_MASK; //獲得設(shè)備的 IRQ pciConfigInByte (pciBus, pciDevice, pciFunc,PCI_CFG_DEV_INT_LINE, &irq); //將設(shè)備映射到內(nèi)存中 sysMmuMapAdd((void)membaseCsr, PCI9054_MEMSIZE , (UINT)PCI9054_INIT_STATE_MASK, (UINT) PCI9054_INIT_STATE); //保存總線號、設(shè)備號、功能號和 IRQ pciRes->pciBus = pciBus; pciRes->pciDevice = pciDevice; pciRes->pciFunc = pciFunc; pciRes->irq = irq; //配置設(shè)備的 PCI命令寄存器以控制設(shè)備 　　pciConfigOutWord(pciBus,pciDevice,pciFunc,PCI_CFG_COMMAND,PCI_CMD_MEM_ENAB LE|PCI_CMD_MASTER_ENABLE|PCI_CMD_PERR_ENABLE|PCI_CMD_SERR_ENABLE); } 　　

3）設(shè)置硬件寄存器 Void setPci9054Reg() {……… }

4) 實現(xiàn)接口函數(shù) Void sysPci9054Intr(int pci9054IntPara) {……… } 　　

5) 啟動設(shè)備 Void startPci9054() {……… } 　　

3.2 系統(tǒng)主程序的設(shè)計

坦克目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)的主程序設(shè)計流程如圖 3所示：

目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)的主程序的工作原理是：當(dāng)炮長瞄準(zhǔn)目標(biāo)并測距后，測距指令同時作為自動跟蹤指令啟動自動跟蹤。自動跟蹤器根據(jù) CCD攝像機視頻信號逐幀進行圖像處理，求出瞄準(zhǔn)線與目標(biāo)的失調(diào)量，驅(qū)動瞄準(zhǔn)線自動跟蹤目標(biāo)。瞄準(zhǔn)鏡輸出目標(biāo)距離、目標(biāo)角速度和火炮位置給火控計算機?；鹂赜嬎銠C根據(jù)目標(biāo)距離、目標(biāo)角速度、橫風(fēng)速度等解算彈道并通過炮控裝定火炮的射擊諸元。當(dāng)火炮裝定到位時，計算機給出允許射擊信號接通擊發(fā)電路，此時若炮長按下射擊按鈕，火炮即可發(fā)射?；鹋诎l(fā)射后退出自動跟蹤，由炮長操縱瞄準(zhǔn)鏡。

4 結(jié)論 　　

在基于 VxWorks的嵌入式系統(tǒng)下開發(fā)的國產(chǎn)某新型坦克的目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)滿足了目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)的實時性要求，能夠?qū)C動目標(biāo)狀態(tài)信息進行處理，主要達(dá)到的性能和技術(shù)指標(biāo)如下：在 3000m有效射程內(nèi)，能實時、準(zhǔn)確地實現(xiàn)對單個機動目標(biāo)的捕獲和跟蹤，跟蹤丟失率≤ 10%；在目標(biāo)被遮蔽后，具備預(yù)測跟蹤能力。跟蹤精度(包括火控系統(tǒng)誤差在內(nèi))為 0.6mil。由以上結(jié)論可以看出，本系統(tǒng)已經(jīng)具備了初步智能化目標(biāo)自動識別、跟蹤及較好的抗干擾能力，實時性達(dá)到系統(tǒng)要求，并且有進一步提高的基礎(chǔ)，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文作者創(chuàng)新點：首次在VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)下開發(fā)設(shè)計了目標(biāo)自動跟蹤系統(tǒng)，提高了坦克火控系統(tǒng)對單個機動目標(biāo)的捕獲和自動跟蹤能力。