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【摘 要】在信息时代下，无论是数据量还是信息量都朝着海量的方向发展，此种背景下，使得人们对于嵌入式控制器的灵敏性、实时性也有了更高的要求。现如今，具有高速性能的PXIe总线技术与VxWorks系统的有机融合已逐步成为嵌入式系统的最新发展方向。以下本文就对基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件的开发工作进行探讨，希望能为相关人士提供些许参考作用。
【关键词】Vxworks；操作系统；PXIe；嵌入式控制软件
PXIe嵌入控制器以PowerPC为基础结构的MPC8536处理器作为控制器核心，结合PXIexpress总线技术，使其具备优越的操作性能与高速的响应能力。为满足人们对嵌入式系统的操作性能与相应速度等方面越来越严格的要求，本次研究针对基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件的开发工作进行探讨，以PXIe的与Vxworks系统的性能要求作为切入点，深入探讨了实现两者有机融合的软件开发方案，具体如下。
一、PXIe与VxWorks概述
嵌入式控制器目前广泛应用在电子商务、工业操控、医疗器材、国防、航空、军工设备等多个领域中，因其具有高可靠性、稳定性、功耗小等特性，使其备受各行业的青睐，PXIe就是其中的典型代表【1】。随着军工设备集成等技术的不断完善，使得嵌入式控制器在硬件上已得到了充足的保障，为了配合嵌入控制器优越的硬件配置，开发出具备性能优越、响应及时的系统软件，就显得尤为重要。VxWorks是由美国风河公司于上世纪八十年代研发的嵌入式操作系统，因此具备高性能内核、可靠的开发环境、高速的响应性能与灵敏的实时性，使基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件得以实现现阶段的性能要求，并逐步成为嵌入式系统的最新发展方向。
二、软件开发的配置与整体框架
PXIe以PowerPC为基础结构的MPC8536处理器作为整个控制器的cpu，其主频可高达1.5GHz，能够有效满足软件的响应速度的性能要求。同时还包括网口、串口、内存等外设接口以及PXIE仪器总线等相关接口，从而构成PXLE的整体结构。
除上述的PXIE作为硬件保障之外，所嵌入的系统也是关键。因Vxworks具备高性能内核、高速的响应性能与灵敏的实时性，故本次软件开发选取Vxworks系统。基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件应达到以下标准，以实现预期的软件开发目标。
（1）以实现Vxworks系统与PXIe嵌入控制器的有机结合，结合两者各自的性能优势，以此满足软件高效的运作效果。
（2）在操作软件开发的同时，还应进行Vxworks下包括串口、USB以及网口等各接口的驱动开发，以实现整个系统的正常运作。
（3）针对现阶段PXI与PXIe两中典型嵌入控制器，编写各自相应的I/O库，并进一步开发在Vxworks下的这两中设备相关的仪器驱动，满足输入输出、各类处理功能的系统要求。
（4）软件开发结束后，需对其应用以及各外设功能进行测试工作，验证是否能够实现预期设计功能【2】。
三、基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件的开发方案设计
（一）开发环境
本次软件开发采用的宿主机为WINDOWS7系统pc机，宿主机中安装WorkBench3.2作为软件开发环境。目标机为以PowerPC为基础结构的MPC8536处理器作为整个控制核心的PXIe嵌入控制器，并插入NIPXIe机箱零槽，以支持各类外设功能。软件开发的宿主机和PXIe目标机以太网相连，用以传输编译后的程序等。此外为了能够实现PC上的打印信息显示功能，以利于应用程序的调试工作，还通过串行线连接宿主机与PXIe目标机。
（二）开发流程
基于VxWorks的应用软件与驱动程序的开发，都是在嵌入式软件的宿主机中进行的，当软件开发工作结束后，应将软件系统与程序通过如网络或是仿真机等方式下载并传输至目标机上，以此实现投入应用。宿主机为软件开发过程提供开发环境，通常包括编辑器、调试器等相关资源。目标机则是软件开发后投入使用的运行环境，所含资源还包括调试代理等，以此响应宿主机调试。为方便软件开发后的传输工作，通常两者可以太网相连。通过太网实现软件系统及程序的下载，以及相关调试信息的传输等操作。软件开发首先要进行操作系统的移植工作，之后开发相应驱动程序与应用程序。具体开发过程如下：
1.操作系统移植
这一开发环节是主要分成开发BSP包及移植Vxworks这两个开发内容。其中的BSP包起到系统启动时硬件初始化的引导作用，其层次位于Vxworks系统与硬件之间，能够帮助实现硬件和软件的数据交换。在BSP开发前可参考和类似目标机硬件配置的BSp模板代码，以WorkBench作为开发环境进行开发，并在开发完成后进行反复测试。Vxworks系统移植需要先根据PXIE软硬件资源情况对Vxworks进的系统内核进行保留基本功能的裁剪，之后借助引导程序，实现Vxworks系统向PXIe的移植工作。
2.驱动程序与应用程序的开发
完成系统移植工作之后，需要先进行PXIe总线以及相关外设功能的驱动开发，以及串口、网口等外设接口的驱动开发，重点以PXIe总线及相关模块驱动作为主要开发内容。除相关设备的驱动程序开发外，应用程序的开发是整个软件开发的重点。应用程序的开发首先要针对PXIe的AD数据采集模块进行开发，先由AD收集数据信息，之后将所收集的量化数据信息，进行浮点数格式的转换，并保存为文件。再将这一文件传到pc机中，再利用Matlab软件进行描点绘制，如果绘制的波形参数同信号源抑制，那么则表明所设计的应用程序可成功实现访问PXIe的内存空间。总之驱动程序的开发是针对系统的相关外设功能，而应用程序的开发是针对PXIe总线及相关外设模块，从而实现软件的信息采集、分析、中断处理等多种功能。
四、结束语
随着现阶段军工设备集成等技术在近年来取得了飞速发展，使得嵌入式控制器在硬件上也得到了充足的保障，为了配合嵌入控制器优越的硬件配置，开发出具备性能优越、响应及时的系统软件，就显得尤为重要。基于Vxworks具备高性能内核、可靠的开发环境、高速的响应性能与灵敏的实时性，使得PXIe总线技术与VxWorks系统的有机融合已逐步成为嵌入式系统的最新发展方向，通过基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件的开发，提升控制嵌入控制器的使用性能，加快响应速度，增强系统的实时性。
参考文献
[1]王洪杰，贺枭林，李德友，赵俊龙，李正. NI PXIe嵌入式电液伺服同步系统设计[J]. 排灌机械工程学报，2014，02：140-145.
[2]王源源，贺红卫，刘冰，宋光照. 嵌入式实装软件虚拟运行环境研究[J]. 计算机工程与设计，2014，02：484-488.
作者简介：
张磊（1983-） 硕士 工程师 主要从事雷达实时控制计算机方向的研究设计工作。
陈卓（1984-） 硕士 工程师 主要从事雷达结构方向的研究设计工作。
雷瑛（1982-） 硕士 工程师 主要从事雷达实时控制计算机方向的研究设计工作。
【关键词】Vxworks；操作系统；PXIe；嵌入式控制软件
PXIe嵌入控制器以PowerPC为基础结构的MPC8536处理器作为控制器核心，结合PXIexpress总线技术，使其具备优越的操作性能与高速的响应能力。为满足人们对嵌入式系统的操作性能与相应速度等方面越来越严格的要求，本次研究针对基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件的开发工作进行探讨，以PXIe的与Vxworks系统的性能要求作为切入点，深入探讨了实现两者有机融合的软件开发方案，具体如下。
一、PXIe与VxWorks概述
嵌入式控制器目前广泛应用在电子商务、工业操控、医疗器材、国防、航空、军工设备等多个领域中，因其具有高可靠性、稳定性、功耗小等特性，使其备受各行业的青睐，PXIe就是其中的典型代表【1】。随着军工设备集成等技术的不断完善，使得嵌入式控制器在硬件上已得到了充足的保障，为了配合嵌入控制器优越的硬件配置，开发出具备性能优越、响应及时的系统软件，就显得尤为重要。VxWorks是由美国风河公司于上世纪八十年代研发的嵌入式操作系统，因此具备高性能内核、可靠的开发环境、高速的响应性能与灵敏的实时性，使基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件得以实现现阶段的性能要求，并逐步成为嵌入式系统的最新发展方向。
二、软件开发的配置与整体框架
PXIe以PowerPC为基础结构的MPC8536处理器作为整个控制器的cpu，其主频可高达1.5GHz，能够有效满足软件的响应速度的性能要求。同时还包括网口、串口、内存等外设接口以及PXIE仪器总线等相关接口，从而构成PXLE的整体结构。
除上述的PXIE作为硬件保障之外，所嵌入的系统也是关键。因Vxworks具备高性能内核、高速的响应性能与灵敏的实时性，故本次软件开发选取Vxworks系统。基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件应达到以下标准，以实现预期的软件开发目标。
（1）以实现Vxworks系统与PXIe嵌入控制器的有机结合，结合两者各自的性能优势，以此满足软件高效的运作效果。
（2）在操作软件开发的同时，还应进行Vxworks下包括串口、USB以及网口等各接口的驱动开发，以实现整个系统的正常运作。
（3）针对现阶段PXI与PXIe两中典型嵌入控制器，编写各自相应的I/O库，并进一步开发在Vxworks下的这两中设备相关的仪器驱动，满足输入输出、各类处理功能的系统要求。
（4）软件开发结束后，需对其应用以及各外设功能进行测试工作，验证是否能够实现预期设计功能【2】。
三、基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件的开发方案设计
（一）开发环境
本次软件开发采用的宿主机为WINDOWS7系统pc机，宿主机中安装WorkBench3.2作为软件开发环境。目标机为以PowerPC为基础结构的MPC8536处理器作为整个控制核心的PXIe嵌入控制器，并插入NIPXIe机箱零槽，以支持各类外设功能。软件开发的宿主机和PXIe目标机以太网相连，用以传输编译后的程序等。此外为了能够实现PC上的打印信息显示功能，以利于应用程序的调试工作，还通过串行线连接宿主机与PXIe目标机。
（二）开发流程
基于VxWorks的应用软件与驱动程序的开发，都是在嵌入式软件的宿主机中进行的，当软件开发工作结束后，应将软件系统与程序通过如网络或是仿真机等方式下载并传输至目标机上，以此实现投入应用。宿主机为软件开发过程提供开发环境，通常包括编辑器、调试器等相关资源。目标机则是软件开发后投入使用的运行环境，所含资源还包括调试代理等，以此响应宿主机调试。为方便软件开发后的传输工作，通常两者可以太网相连。通过太网实现软件系统及程序的下载，以及相关调试信息的传输等操作。软件开发首先要进行操作系统的移植工作，之后开发相应驱动程序与应用程序。具体开发过程如下：
1.操作系统移植
这一开发环节是主要分成开发BSP包及移植Vxworks这两个开发内容。其中的BSP包起到系统启动时硬件初始化的引导作用，其层次位于Vxworks系统与硬件之间，能够帮助实现硬件和软件的数据交换。在BSP开发前可参考和类似目标机硬件配置的BSp模板代码，以WorkBench作为开发环境进行开发，并在开发完成后进行反复测试。Vxworks系统移植需要先根据PXIE软硬件资源情况对Vxworks进的系统内核进行保留基本功能的裁剪，之后借助引导程序，实现Vxworks系统向PXIe的移植工作。
2.驱动程序与应用程序的开发
完成系统移植工作之后，需要先进行PXIe总线以及相关外设功能的驱动开发，以及串口、网口等外设接口的驱动开发，重点以PXIe总线及相关模块驱动作为主要开发内容。除相关设备的驱动程序开发外，应用程序的开发是整个软件开发的重点。应用程序的开发首先要针对PXIe的AD数据采集模块进行开发，先由AD收集数据信息，之后将所收集的量化数据信息，进行浮点数格式的转换，并保存为文件。再将这一文件传到pc机中，再利用Matlab软件进行描点绘制，如果绘制的波形参数同信号源抑制，那么则表明所设计的应用程序可成功实现访问PXIe的内存空间。总之驱动程序的开发是针对系统的相关外设功能，而应用程序的开发是针对PXIe总线及相关外设模块，从而实现软件的信息采集、分析、中断处理等多种功能。
四、结束语
随着现阶段军工设备集成等技术在近年来取得了飞速发展，使得嵌入式控制器在硬件上也得到了充足的保障，为了配合嵌入控制器优越的硬件配置，开发出具备性能优越、响应及时的系统软件，就显得尤为重要。基于Vxworks具备高性能内核、可靠的开发环境、高速的响应性能与灵敏的实时性，使得PXIe总线技术与VxWorks系统的有机融合已逐步成为嵌入式系统的最新发展方向，通过基于VxWorks的PXIe嵌入控制软件的开发，提升控制嵌入控制器的使用性能，加快响应速度，增强系统的实时性。
参考文献
[1]王洪杰，贺枭林，李德友，赵俊龙，李正. NI PXIe嵌入式电液伺服同步系统设计[J]. 排灌机械工程学报，2014，02：140-145.
[2]王源源，贺红卫，刘冰，宋光照. 嵌入式实装软件虚拟运行环境研究[J]. 计算机工程与设计，2014，02：484-488.
作者简介：
张磊（1983-） 硕士 工程师 主要从事雷达实时控制计算机方向的研究设计工作。
陈卓（1984-） 硕士 工程师 主要从事雷达结构方向的研究设计工作。
雷瑛（1982-） 硕士 工程师 主要从事雷达实时控制计算机方向的研究设计工作。