實時操作系統(tǒng)在雷達信號處理中的應用

　　DSP平臺的信號處理機一般只是整個系統(tǒng)的一個專用于信號處理算法的子部分，不需要控制太多的外設，而且為了滿足實時信號處理，盡量采用前后臺式的線性程序結構。

　　本設計的信號處理機是希望以他為主體構成一個完整的便攜式雷達系統(tǒng)，除了信號處理的任務之外，采樣、顯示、通信等多種任務也必須由他來完成，需要滿足實時多任務的要求，所以必須使用嵌入式實時操作系統(tǒng)。本文主要介紹了為什么使用實時操作系統(tǒng)以及基于DSP/BIOSⅡ實時操作系統(tǒng)的總體軟件設計思想和方案。

　　1、總體硬件方案設計

　　本信號處理機以TMS320C5509作為整個系統(tǒng)的核心，由于考慮到圖像的緩存需要較大的存儲空間，所以擴展了三星公司的16 Mb的SDRAM——KM416S1020C作 為擴展存儲器。整個系統(tǒng)的工作流程是由控制器和D/A提供給前端采樣頭所需的信號，并啟動A/D對采樣頭傳來的模擬信號進行采樣，DSP接收之后做相應的信號處理，根據(jù)鍵盤的設定將圖像按照一定的要求顯示到彩色圖形液晶上，并通過USB接口將數(shù)據(jù)傳送到PC機存儲以便做進一步的處理和顯示?？傮w硬件框圖如圖1所示。

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　　TMS320C5509數(shù)字信號處理器是德州儀器公司(TI)TMS320C5000系列中新推出的一種，極大降低了功耗，達到了每個MIPS只需0.05 mW的水平，與市場上的主流產品TMS320C54x相比，功耗降低了6倍。TMS320C5509的內核是從TMS320C54x上發(fā)展而來的，所以可以完全兼容現(xiàn)在市場主流的TMS320C54x系列處理器的指令，既保護了用戶在軟件方面的投資，又使得熟悉TMS320C54x編程的軟件人員幾乎不用再學習就可以編寫他的軟件。同時，TMS320C5509中還集成了大量諸如AD，USB控制器之類的片內外設，使其成為了一款具有SOC(片上系統(tǒng))性質處理器，用戶只需外加很少的輔助器件就可以構成一個較完整的DSP系統(tǒng)。從以上特點可以看出，TMS320C5509非常適合于應用在便攜式系統(tǒng)中。

　　2、實時操作系統(tǒng)DSP/BIOSⅡ的簡介

　　TI公司的DSP/BIOSⅡ是一種專門為TI公司的TMS320系列DSP芯片設計的嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)。主要由5個部分組成：

　　(1)線程和調度(Procedure and Scheduling)

　　DSP/BIOSⅡ提供了4種不同的執(zhí)行線程，包括HWI(硬中斷任務)、SWI(軟中斷任務)和TSK(任務)等，每一類線程又具有不同的執(zhí)行、掛起、休眠等特性。DSP/BIOSⅡ支持基于靜態(tài)優(yōu)先級的調度方法，又可以通過修改內核提供搶先式多任務服務。

　　(2)硬件抽象(Hardware Abstraction)

　　他提供了PIP和SIO兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，可以方便DSP與外設之間的數(shù)據(jù)交換。Pipe(數(shù)據(jù)管道)使用了較少的內存，并且傳輸?shù)乃俣瓤?、效率高。SIO(流)對內存有了更高的抽象，便于創(chuàng)建設備驅動程序更加結構化的方法。

　　(3)資源管理(Resoure Management)

　　利用DSP/BIOSⅡ的邏輯接口可以對特定的硬件部分進行訪問和配置。DSP/BIOSⅡ不僅可以通過其設置工具來定義內存映射、中斷向量表而且還可以設置定時器、串行口等硬件設備。

　　(4)通信和同步(Communication and Synchronization)

　　DSP/BIOSⅡ支持旗語(Semaphores)、郵箱(Mailbox)和數(shù)據(jù)隊列(Queue)等多種內部線程通信和同步的方式。旗語是最主要的同步方式，可以使任務通過旗語來運行和掛起，還可以用互斥旗語來管理緩沖區(qū)和設備。

　　(5)實時分析(Real-Time Analysis)

　　實時分析工具能夠讓開發(fā)者在程序執(zhí)行期間對DSP進行交互和診斷。DSP/BIOSⅡ不僅提供了常用的日志(LOG)，STS，TRC模塊，還提供了CPU負載圖(CPULoad Graph)、執(zhí)行圖(Execution Graph)等多種更方便的調試和觀察工具。

　　3、基于DSP/BIOSⅡ實時操作系統(tǒng)的軟件結構設計

　　使用DSP/BIOSⅡ來做項目的第一步就是模塊劃分，即把項目所要完成的功能拆分成幾個相對獨立的線程來完成(可以認為線程在運行時是獨占DSP的)，根據(jù)線程中使用硬件資源的情況考慮用什么類型的線程來完成。一般來說，用到硬中斷的任務放到HWI來完成，用到定時器的任務可以放到PRD(周期任務)中完成。然后是確定線程之間的關系，根據(jù)他來設定各個線程的優(yōu)先級，以及用 什么方式通訊和交換數(shù)據(jù)。旗語是最便于使用的通訊方式。

　　探地雷達信號處理機的信號處理過程：A/D每采來一列數(shù)據(jù)之后給DSP發(fā)一個硬中斷信號，每接收到一列數(shù)據(jù)之后，DSP對這列數(shù)據(jù)分別進行平均濾波和自適應濾波，同時進行列計數(shù);當列計數(shù)到達一幀時，對這一幀圖像信號進行小波去噪處理和脈沖壓縮，最后根據(jù)鍵盤的設定把圖像顯示到圖形液晶上，并通過USB接口送到PC主機，以便下一步的處理。