交互式應用一舉兩得 實時仿真與嵌入式系統(tǒng)并構(gòu)

1、前言

對于程序開發(fā)和許多交互式應用來說，UNIX和Windows可以算是優(yōu)秀的操作系統(tǒng)。然而，它們都不適于實時應用。Tornado是美國 WindRiver公司為用戶提供的嵌入式開發(fā)平臺，VxWorks是Tornado的運行期組件，也是嵌入式行業(yè)應用最為廣泛的實時操作系統(tǒng)。 VxWorks的實時性做的非常好，其系統(tǒng)本身的開銷很小，任務調(diào)度、任務間通信和中斷處理等系統(tǒng)公用程序精煉而高效，他們造成的延遲很短。 VxWorks提供的多任務機制對任務的控制采用了優(yōu)先級搶占調(diào)度和輪轉(zhuǎn)調(diào)度機制，也充分保證了可靠的實時性，使同樣的硬件配置能夠滿足更強的實時性要求，為應用的開發(fā)留下更大的余地。

RTW(Real-Time Workshop)是Matlab圖形建模和仿真環(huán)境Simulink的一個重要的補充功能模塊，它是一個基于Simulink的代碼自動生出環(huán)境，它能直接從Simulink的模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個性化的代碼，并根據(jù)目標配置自動生成多種環(huán)境下的程序。

RTW提供了幾個快速原型化的目標，其中包括提供了從Simulink模型到VxWorks應用代碼的自動轉(zhuǎn)換接口Tornado Real-Time Target，可以讓用戶的模型在VxWorks上執(zhí)行。

2、Tornado(VxWorks)實時目標運行時結(jié)構(gòu)

開發(fā)VxWorks實時應用系統(tǒng)的典型配置，如圖1所示：

圖1 VxWorks實時應用開發(fā)的經(jīng)典配置

實時代碼在主機上，用Tornado提供的交叉編譯器編譯。通過RTW的Tornado實時目標生成目標文件(vxmodel.lo)，可通過 Tornado集成開發(fā)環(huán)境的WindSh下載到VxWorks目標機。實時程序在VxWorks目標機上執(zhí)行，通過IO設備和外部硬件交換數(shù)據(jù)，并保持和主機之間的相互通信。

實時程序運行在VxWorks目標機上，而Simulink運行在主機上。Simulink需要VxWorks目標機上運行的任務來處理通信過程。 Tornado(VxWorks)Real-Time Tartget生成如下VxWorks任務：一個用于和Simulink通信，其他用于完成模型功能[2]。

3、Tornado(VxWorks)實時目標的實現(xiàn)過程

3.1 實驗環(huán)境

我的實驗環(huán)境如下表：

表1 實驗環(huán)境3.2 實時目標的具體實現(xiàn)步驟

為了通過Real-Time Workshop實現(xiàn)和運行一個基于VxWorks的實時程序，用戶可按如下的步驟進行：

(1) 在Matlab/Simulink下建立一個模型，這里以一個經(jīng)典的PID模型為例：

圖2 實驗所采用的經(jīng)典PID模型

模型采用外部工作模式(External Mode)，并設置Simulink Parameters對話框中的參數(shù)：