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摘要：主要介紹針對(duì)高實(shí)時(shí)性的嵌入式產(chǎn)品而開發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單介紹了被測(cè)試系統(tǒng)的特性，從整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)原理，包括軟件和硬件等方面，給出詳細(xì)的介紹。另外，比較了不同方案設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，為開發(fā)同類測(cè)試系統(tǒng)提供幾種不同的思路。最后簡(jiǎn)單討論了本文使用的用例管理軟件。
引言
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)以及電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。在一些特定領(lǐng)域，它被要求能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)外部的請(qǐng)求并處理相應(yīng)的計(jì)算，最后把結(jié)果及時(shí)地反饋給用戶或者外設(shè)。隨著嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大，人們對(duì)嵌入式軟件質(zhì)量提出了更高的要求，如何對(duì)日益復(fù)雜的嵌入式軟件進(jìn)行快速有效的測(cè)試成了目前的關(guān)注熱點(diǎn)。
1 設(shè)計(jì)原理
1．1 系統(tǒng)需求
本文采用的被測(cè)試嵌入式系統(tǒng)如圖1所示，是一套運(yùn)行有飛行控制軟件的嵌入式系統(tǒng)。它需要對(duì)飛行的姿態(tài)、軌跡做出計(jì)算，并通過總線的方式與舵機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)引頭、慣性測(cè)量單元進(jìn)行交互。測(cè)試的對(duì)象為該嵌入式平臺(tái)上運(yùn)行的飛行控制軟件，其余的外設(shè)由測(cè)試系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)。本文主要討論測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)所使用的核心器件是DSP芯片，它擁有多種接口，有1路A／D、1路D／A、8路開關(guān)量、2路串行422接口、2路串行485接口。通過各種接口的通信完成要求的功能。系統(tǒng)運(yùn)行后將長(zhǎng)時(shí)間處于每隔5ms與外設(shè)完成1次交互的狀態(tài)，其中1次交互包括2次請(qǐng)求收發(fā)數(shù)據(jù)(狀態(tài)和控制數(shù)據(jù))、傳輸所有開關(guān)量、A／D的數(shù)據(jù)。測(cè)試系統(tǒng)具體要求如下：首先，由工控機(jī)(由測(cè)試系統(tǒng)模擬，如圖2所示)發(fā)送裝訂參數(shù)給嵌入式設(shè)備；接著，嵌入式設(shè)備根據(jù)裝訂參數(shù)進(jìn)行初始化，并處于等待命令狀態(tài)；工控機(jī)發(fā)送開始運(yùn)行命令給嵌入式設(shè)備；嵌入式設(shè)備收到開始命令后，進(jìn)入周期循環(huán)狀態(tài)。
周期循環(huán)狀態(tài)：
①嵌入式系統(tǒng)會(huì)向外部1號(hào)設(shè)備(由測(cè)試系統(tǒng)模擬)請(qǐng)求外設(shè)1控制數(shù)據(jù)，外部1號(hào)設(shè)備需要在2 ms內(nèi)把數(shù)據(jù)發(fā)送給嵌入式系統(tǒng)。
②嵌入式系統(tǒng)會(huì)向外部2號(hào)設(shè)備(由測(cè)試系統(tǒng)模擬)請(qǐng)求外設(shè)2控制數(shù)據(jù)，外部2號(hào)設(shè)備需要在2 ms內(nèi)把數(shù)據(jù)發(fā)送給嵌入式系統(tǒng)。
③上位機(jī)(由測(cè)試系統(tǒng)模擬)需要在發(fā)送完外設(shè)2的控制數(shù)據(jù)后的1 ms完成對(duì)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。整個(gè)循環(huán)周期要求嚴(yán)格控制在5 ms以內(nèi)。
通信流程如圖3所示。
1．2 設(shè)計(jì)思想
設(shè)計(jì)一套能夠符合需求要求的測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)有5點(diǎn)要求：第一，能夠及時(shí)響應(yīng)DSP以中斷方式的數(shù)據(jù)請(qǐng)求；第二，有足夠的性能解析數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)；第三，擁有良好的人機(jī)交互界面；第四，能夠管理測(cè)試過的用例及結(jié)果；第五，能夠靈活地增加故障，如通信故障、指令故障、數(shù)據(jù)故障。
較高實(shí)時(shí)性的要求使得在設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和限制了可用的解決方案。Windows是一種分時(shí)操作系統(tǒng)，處理中斷的能力不是很穩(wěn)定，有時(shí)候?qū)⒉荒軡M足嵌入式系統(tǒng)要求的條件。另外，分時(shí)操作系統(tǒng)定時(shí)器精度差，漂移現(xiàn)象嚴(yán)重，存在隱含的不確定的線程調(diào)度機(jī)制。但是這里需要Windows操作系統(tǒng)上的一些高級(jí)特性，如功能強(qiáng)大的圖形化接口(GUI)支持，支持多種開發(fā)工具及應(yīng)用程序，眾多廉價(jià)的第三方硬件及驅(qū)動(dòng)的支持，豐富的Win32應(yīng)用程序接口。
RTX(Real-tline Extenslon for CONTROL of Windows)，是向Windows平臺(tái)加入了一個(gè)實(shí)時(shí)擴(kuò)展子系統(tǒng)(RTSS)。它獨(dú)立的基于搶占式的RTX線程調(diào)度機(jī)制允許RTSS線程優(yōu)先于所有的Windows線程和中斷，持續(xù)中斷響應(yīng)頻率30 kHz以上，最大IST處理延遲不超過16μs；提供高速準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)時(shí)間響應(yīng)，定時(shí)器最小周期為100μs，時(shí)鐘最小分辨率為100 ns。特別適合于飛行模擬器、復(fù)雜視頻監(jiān)控系統(tǒng)、視頻圖像處理、轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)器人、導(dǎo)彈發(fā)射裝置、火炮等典型的既有圖形又要求實(shí)時(shí)的控制伺服系統(tǒng)。它是一種基于Windows平臺(tái)的硬實(shí)時(shí)解決方案。Wirldows處理人機(jī)接口等通用GUI任務(wù)，實(shí)時(shí)擴(kuò)展子系統(tǒng)用于進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，它們之間的數(shù)據(jù)傳遞機(jī)制通過進(jìn)程間通信的方式，應(yīng)用共享內(nèi)存、信號(hào)量等機(jī)制實(shí)現(xiàn)。
