基于VxWorks目標跟蹤系統(tǒng)的接口板設計

　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)點被廣泛地應用在高精尖技術及實時性要求極高的領域中。因此基于 VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)的目標自動跟蹤技術的研究已經(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自動跟蹤系統(tǒng)信息處理平臺為背景，設計了基于 VxWorks的目標自動跟蹤系統(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為核心的設計尤為重要。使目標自動跟蹤系統(tǒng)具備了能夠捕獲和跟蹤較復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)目標被遮擋時，系統(tǒng)進入記憶跟蹤狀態(tài)的能力。

2 目標自動跟蹤系統(tǒng)的硬件電路設計

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

下面就坦克目標自動跟蹤系統(tǒng)總體設計進行論述。坦克目標自動跟蹤系統(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、瞄準線功率驅動模塊、視場圖像及相關信息顯示器、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；瞄準線驅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動瞄準線；顯示器用于顯示視野圖像及相關信息；前端圖像采集系統(tǒng)主要指火控系統(tǒng)光學改造部件及圖像采集器 CCD；連接電纜用于實現(xiàn)目標自動跟蹤系統(tǒng)各部件的信號連接。坦克目標自動跟蹤系統(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）是通用型的目標自動跟蹤器與火控系統(tǒng)相連接的橋梁，在目標自動跟蹤火控系統(tǒng)中具有極其重要的作用。它要求實時處理 DSP板傳送的目標現(xiàn)在點和瞄準線中心的偏差量，最終轉化為對瞄準線的控制量。將瞄準線控制量傳送給瞄準線驅動控制模塊，實現(xiàn)高精度控制瞄準線，使之始終對準目標。

3 在 VxWorks下的驅動程序設計 　　

3.1設備驅動程序的設計與實現(xiàn) 　　

應用程序必須通過驅動程序才能與硬件進行數(shù)據(jù)通信，而驅動程序的編寫與操作系統(tǒng)密切相關。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，負責完成加電時的硬件初始化、為 VxWorks訪問硬件驅動程序提供支持、將 VxWorks中與硬件有關以及與硬件無關的軟件進行集成。因此在 VxWorks下編寫驅動程序時首先要對 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，設備驅動程序有查詢方式和中斷方式二種。無論采用哪一種方式，設備驅動程序的基本流程都是相同的，如圖 2：

　　從圖 2中可以看出，編寫設備驅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構，在 BIOS和操作系統(tǒng)的支持下，能夠自動為設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; 　　//利用供應商標識和設備標識確定設備的總線號、設備號和功能號，在系統(tǒng)中查找設備 pciFindDevice(VENDER_ID, DEVICE_ID, 0, &pciBus, &pciDevice, &pciFunc) == DDRESS_1, &membaseCsr); //確定映射到系統(tǒng)中的設備基地址 membaseCsr&= PCI_MEMBASE_MASK; //獲得設備的 IRQ pciConfigInByte (pciBus, pciDevice, pciFunc,PCI_CFG_DEV_INT_LINE, &irq); //將設備映射到內(nèi)存中 sysMmuMapAdd((void)membaseCsr, PCI9054_MEMSIZE , (UINT)PCI9054_INIT_STATE_MASK, (UINT) PCI9054_INIT_STATE); //保存總線號、設備號、功能號和 IRQ pciRes->pciBus = pciBus; pciRes->pciDevice = pciDevice; pciRes->pciFunc = pciFunc; pciRes->irq = irq; //配置設備的 PCI命令寄存器以控制設備 　　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) 啟動設備 Void startPci9054() {……… } 　　

3.2 系統(tǒng)主程序的設計

坦克目標自動跟蹤系統(tǒng)的主程序設計流程如圖 3所示：

目標自動跟蹤系統(tǒng)的主程序的工作原理是：當炮長瞄準目標并測距后，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，求出瞄準線與目標的失調量，驅動瞄準線自動跟蹤目標。瞄準鏡輸出目標距離、目標角速度和火炮位置給火控計算機?；鹂赜嬎銠C根據(jù)目標距離、目標角速度、橫風速度等解算彈道并通過炮控裝定火炮的射擊諸元。當火炮裝定到位時，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，由炮長操縱瞄準鏡。

4 結論 　　

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