CN102307135A - 利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，旨在提供一种能够快速、有效接收处理基带数传数据，漏帧、误帧现象少，数据性能测试良好，卫星图像显示清晰、声音播放连续的方法。本发明通过下述技术方案予以实现：采集板卡数传信息、处理数传数据、数传数据发送至中心软件及基带监控软件，放在基带数据处理软件中实现；人机界面、数据性能测试、数据存储，放在基带监控软件中实现。其中基于VxWorks平台的基带数据处理软件通过CPCI总线驱动，接收数传接收板卡上报的数传原始信息包，实时解析、打包数传数据，并通过网络把数据发送至中心软件及基带监控软件。利用本发明可以克服传输速率不稳定，数据丢失错误现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种航天测控领域中，基带数传数据利用VxWorks平台高效实时处理的方法。
背景技术
近年以来，航天测控系统飞速发展。数据传输速度越来越快。在上世纪90年代的测控站，一般数据传输速率都在几Kbps～几Mbps量级，而现在的数据传送速度多为十几Mbps～几十Mbps。因此对基带分系统的软硬件系统提出了更高的要求。
现有的基带分系统采用CPCI总线作为数据采集、转发数据通道，采用WindowsXP作为操作系统平台，应用程序为自行开发的Window应用程序。Windows系统具有良好的用户界面和丰富的软件支持，深受用户喜爱。但是Windows是非实时操作系统，系统中各线程无法实时调度，虽然能够满足目前工程的要求，但却存在一些缺点和不足，主要表现在以下方面：
现有技术基带软件的采集板卡数传信息、处理数传数据、存储数据、数据性能测试、发送数据至北京数据集总监控中心等全都在Windows平台上实现。在Windows下已开发的程序中，当有几Mbps～几十Mbps数据实时处理时，如果操作人机界面或数据存盘，则数据采集响应会延时，从而导致传输速率不稳定，甚至数据丢失错误。
中继卫星系统需完成“神7”飞船等用户航天器的测控通讯任务，地面与载人航天器间需传输图像、话音等信息，为了保证通信效果，中继卫星系统总体要求数传数据的处理时间控制在1ms以下。目前数据处理时延只能做到几十毫秒，总体认为时延太大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能够快速、有效接收处理基带数传数据，漏帧、误帧现象少，数据性能测试良好，卫星图像显示清晰、声音播放连续的方法。
本发明上述目的可以通过以下措施来达到：一种利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于包括如下步骤：首先基带数据处理软件通过外围设备接口与数传接收板卡、中心软件和基带监控软件三个外围设备相连，然后把基于VxWorks平台的基带数据处理软件作为基带服务端软件，把基于Windows平台的基带监控软件作为基带客户端软件，由基带数据处理软件、基带监控软件组成的基带软件接收数传接收板卡上报的数传原始信息包，处理、测试、显示、存储数传数据，并按规定格式发送数传数据至北京数据集总监控中心，其中，所述基带数据处理软件通过CPCI总线驱动，接收数传接收板卡上报的数传原始信息包，实时解析打包数传数据，并通过网络把该打包数据实时发送到北京数据集总监控中心进行卫星图像显示及声音播放，同时打包发送到本地基带监控软件进行图像声音数据性能测试及存储。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明把现有基带软件的采集板卡数传信息、处理数传数据、数据发送至中心，放在基于VxWorks平台的基带数据处理软件中完成，并把数据打包发送至基于Windows平台的基带监控软件进行数据界面显示、存储及性能测试。本发明既保持了现有Windows平台良好的用户界面，又解决了当操作界面或数据存盘时，数据采集响应延时，传输速率不稳定，甚至数据丢失错误现象。
本发明利用VxWorks平台，通过CPCI总线驱动，快速、有效地接收数传接收板卡上报的数传原始信息包，并按规定协议格式实时解析、打包数传数据，最终按规定发送方式通过网络把数据发送至北京数据集总监控中心及基带监控软件。
本发明使得发送至基带监控软件的数传数据，丢帧率测试、误码率测试等数 据性能测试良好，未再出现漏帧误帧现象。因数据性能良好，使得发送到北京数据集总监控中心的卫星图像显示清晰、声音播放连续。
本发明利用指针对实时处理方法进行优化，从而大大提高了数据处理效率。本发明适用于几Mbps～几十Mbps数据量的实时基带数传数据处理。
附图说明
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
图1是本发明外围设备连接示意图。
图2是本发明基带数据处理软件总框图。
图3是本发明单帧数传数据处理流程图。
图4是本发明数传数据流向序列图。
具体实施方式
参阅图1。在以下实施例中，本发明涉及三个外围设备：一个基带软件内部接口设备：基带监控软件；两个基带软件外部接口设备：数传接收板卡、中心软件。三个外围设备与基带数据处理软件通过外围设备接口相连，三个外围设备接口分别是IF_BBE_MCS：基带数据处理软件和基带监控软件之间接口；IF_BBE_LDR：基带数据处理软件和数传接收板卡之间接口；IF_CENTER_DDT：基带数据处理软件和中心软件之间接口。
基带软件由基带数据处理软件及基带监控软件组成，基于VxWorks平台的基带数据处理软件为基带服务端软件，基于Windows平台的基带监控软件作为基带客户端软件。基带软件接收数传接收板卡上报的数传原始信息包，处理、测试、显示、存储数传数据，并按规定格式发送数传数据至北京数据集总监控中心进行卫星图像显示及声音播放，规定格式可具体参阅测量通信总体研究所2010年2月编写的《XX测控系统对外接口控制文件》6.2.3数传信息章节。
数传接收板卡通过CPCI总线上报数传原始信息包至IF_BBE_LDR，基带数据处理软件实时处理本包数据，处理后数据分别发往IF_CENTER_DDT及IF_BBE_MCS，待发数据包最终通过千兆网发送数传数据至中心软件及基带监控 软件。其中，所述基带数据处理软件通过CPCI总线驱动，接收数传接收板卡上报的数传原始信息包，实时解析打包数传数据，并通过网络把该打包数据实时发送到北京数据集总监控中心进行卫星图像显示及声音播放，同时打包发送到本地基带监控软件进行图像声音数据性能测试及存储。
各外围设备说明参见表1。
表1外围设备说明表
参阅图2。在以下实施例中，基带数据处理软件完成数传数据处理功能是通过多任务机制完成的，其中包含接收任务模块、解释任务模块和发送任务模块，各任务模块间的数据通信，采用信号量及环形队列实现。各任务模块的优先级定为接收任务优先级最高--110；发送任务优先级其次--112；解释任务优先级最低-114。
接收任务模块通过CPCI通讯端口，获取数传接收板卡上报的数传原始信息包；解释任务模块对数传原始信息包进行分帧解包处理，每分出一帧数传原始数据帧，实时处理本帧数据，处理后数传数据帧放在发送缓冲区，“包帧计数”加1，处理完后继续分包解出下帧数据，直至解出包含的所有数传帧。解释任务模块通过数传发送方式可换算出一包数传发送包所包含的数传帧数N，当“包帧计数”等于N时，发送任务模块通过Net通讯端口发送缓冲区中的数传数据包 至中心软件或基带监控软件。
从接收任务模块接收数传原始信息包到解出单帧数传原始数据；从开始打包数传数据至通过Net通讯端口发送本包数据，全过程采用指针方式解析传递发送数据。
下面具体说明每个任务完成的功能及任务间是如何通信的：
(1)接收任务模块把获取的数传原始信息包放入接收数据缓冲区，并把信息包存放在缓冲区中的首地址及信息包长度放入环形队列RecvQueue中，释放信号量RecvSema通知解释任务模块。
(2)解释任务模块收到信号量RecvSema，从环形队列RecvQueue中取出信息包存放首地址及信息包长度，通过首地址及包长度，从接收数据缓冲区对应位子取出本包数传原始信息包。
(3)解释任务模块对取出的数传原始信息包进行分帧解包处理，每分出一帧数传原始数据帧，实时处理本帧数据，处理后数传数据帧放在发送缓冲区，“包帧计数”加1，处理完后继续分包解出下帧数据，直至解出包含的所有数传帧。
(4)解释任务模块通过数传发送方式可换算出一包数传发送包所包含的数传帧数N，当“包帧计数”等于N时，把待发送数据包存放在发送缓冲区中的首地址及数据包长度放入环形队列SendQueue，释放信号量SendSema通知发送任务模块。
(5)发送任务模块收到信号量SendSema，从环形队列SendQueue中取出待发送数据包存放首地址及数据包长度，通过首地址及包长度，从发送数据缓冲区对应位子取出待发送数据包，最终通过Net通讯端口发送本包数据至中心软件或基带监控软件。
参阅图3。解释任务模块分出数传原始数据帧，通过原始帧包含的“数传类型标识”可判断本帧数据为I路或Q路数传数据，I路为图像数据，Q路含话音数据，两种数据分别发向I路数据处理类或Q路数据处理类进行数传数据处理，两路数据分别计数、打包。
I路和Q路数据处理流程一致，具体数传数据处理流程为：解释任务模块对本帧原始数传数据帧的内容进行合法性检查，不合法则不再处理本帧数据，合法则解析本帧数传原始数据。若“中心包帧数计数器”CentFrameNum值为零，申请存放中心数传结构的发送缓冲区CentSendBuffer，不为零则使用已申请的CentSendBuffer。在CentSendBuffer指定位置拼装一帧“发往中心单帧数据结构”，CentFrameNum计数器加1；若“监控包帧数计数器”JKFrameNum值为零，申请存放监控数传结构的发送缓冲区JKSendBuffer，不为零则使用已申请的JKSendBuffer。在JKSendBuffer指定位置拼装一帧“发往监控单帧数据结构”，JKFrameNum计数器加1。
若CentFrameNum计到发送中心一包帧数N1，打包中心数据包头，检查是否满足中心发送条件，满足则通知发送任务模块发送CentSendBuffer中数据包至中心，不满足则不再发送本包数据。释放CentSendBuffer缓冲区，清零CentFrameNum计数器。若JKFrameNum计到发送监控一包帧数N2，打包基带监控数据包头，通知发送任务模块发送JKSendBuffer中数据包至基带监控软件。释放JKSendBuffer缓冲区，清零JKFrameNum计数器。
综上所述，单帧数传数据处理，包括如下步骤：
(1)对本帧原始数传数据帧的“数传原始数据帧结构”内容进行合法性判断，不合法则不再处理本帧数据，合法则解析本帧原始数据，把解析后的信息放入“数传解析数据帧结构”中。
(2)若“中心包帧数计数器”CentFrameNum值为零，申请存放中心数传结构的发送缓冲区CentSendBuffer，不为零则使用当前已申请的CentSendBuffer。
(3)根据“数传原始数据帧结构”及“数传解析数据帧结构”，按中心规定格式在CentSendBuffer发送缓冲区指定位置拼装“发往中心单帧数据结构”，计数器CentFrameNum加1。
(4)若“监控包帧数计数器”JKFrameNum值为零，申请存放监控数传结构的发送缓冲区JKSendBuffer，不为零则使用当前已申请的JKSendBuffer。
(5)根据“数传原始数据帧结构”、“数传解析数据帧结构”、“发往中心单帧数据结构”，按监控规定格式在JKSendBuffer发送缓冲区指定位置拼装“发往监控单帧数据结构”，计数器JKFrameNum加1。
(6)当CentFrameNum计到N1时，在CentSendBuffer指定位置打包中心数据包头，其中包含本包数传帧数、本包发送时间、本包数据类型等信息。如果满足发送条件，则发消息给发送任务模块，通知发送任务模块发送本包中心数传包。释放CentSendBuffer发送缓冲区，清零CentFrameNum计数器。
(7)当JKFrameNum计到N 2时，在JKSendBuffer指定位置打包基带监控数据包头，其中包含本包数传帧数、当前包计数、信息类别码等信息。发消息给发送任务模块，通知发送任务模块发送本包监控数传包。释放JKSendBuffer发送缓冲区，清零JKFrameNum计数器。
参阅图4。在以下实施例中，接收任务模块通过CPCI通讯端口获取数传接收板上报的数传原始信息包。解释任务模块对数传信息包进行解包处理，解出单帧数传数据，并分别发向I路或Q路数据处理类，进行数传原始数据帧解析，再按照中心及基带监控协议要求分别打包。最终发送任务模块通过Net通讯端口分别向中心及基带监控软件发送数传数据包。
从接收数传原始信息包到解出单帧数传数据的接收解析过程，都在接收缓冲区上进行，采用指针方式解析传递。从开始打包数传数据到发送数传数据的打包发送过程，都在发送缓冲区上进行，通过指针定位打包位置，打完包后直接发送缓冲区中数据至中心及基带监控软件。接收、处理、发送全过程采用指针方式传递数据，尽量少用内存拷贝方式传递数据，可大大提高数据传递、处理效率。
序列图中类说明：
TCPCIPort：CPCI通讯端口类：完成与CPCI板卡的通讯功能。
TCPCIRTask：CPCI接收任务类：完成CPCI数据接收。
TCPCIETask：CPCI解释任务类：处理CPCI接收到的数据，进行分包处理。
TDTRcv：数传单元设备类：完成数传单元设备信息处理。
TDTProc：数传数据处理类：完成数传数据解析、打包处理。
TOMC：中心数传数据设备类：传输数传数据至中心接口。
TBBEMCU：基带监控数传数据设备类：传输数传数据至基带监控接口。
TNetSTask：网络发送任务类：完成网络数据发送。
TNetPort：网络通讯端口类：完成网络通讯功能。
序列图中函数说明：
Read()：CPCI通讯端口读取数传原始信息包。
read()：CPCI板卡驱动读取数传原始信息包，并存放在接收数据缓冲区。
RecvCPCIData()：通知解释任务数传原始信息包存放在缓冲区的首地址及信息包长度。
Start()：获取数传原始信息包存放首地址及信息包长度，从接收数据缓冲区读取信息包，进行分帧解包处理。
RecvDataProc()：数传单元接收数据分命令类型处理。
Recv5FHProc()：通过数传原始数据帧包含的“数传类型标识”判断当前数传帧为I路或Q路数传数据，并把数传帧分别发向I路数据处理类或Q路数据处理类。
DataProc()：单帧数传数据解析、打包处理。
WriteData()：通知发送任务待发送数据包存放首地址及数据包长度。
Start()：获取待发送数据包存放首地址及数据包长度，从发送数据缓冲区取出数据，进行发送前合法性检查。
Write()：发送数据到网络通讯端口。
sendto()：向网络协议栈写数据。
术语和缩略语
BBE_DTRCV 数传接收板卡；
CSCI_BBE_JK 基带监控软件；
CSCI_BBE_EMBED 基带数据处理软件；
基带软件：由基带监控软件、基带数据处
CSCI_BBE
理软件组成；
OMC 北京数据集总监控中心，简称中心；
中心软件：位于北京数据集总监控中心的
CSCI_OMC
图像声音播放软件；
RECV_DATA_BUF 接收数据缓冲区；
SEND_DATA_BUF 发送数据缓冲区；
CentFrameNum 中心包帧数计数器；
JKFrameNum 监控包帧数计数器；
发送数据缓冲区：暂存发送至中心软件的
CentSendBuffer
数传数据；
发送数据缓冲区：暂存发送至基带监控软
JKSendBuffer
件的数传数据 。
Claims (10)
1.一种利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于包括如下步骤：首先基带数据处理软件通过外围设备接口与数传接收板卡、中心软件和基带监控软件三个外围设备相连，然后把基于VxWorks平台的基带数据处理软件作为基带服务端软件，把基于Windows平台的基带监控软件作为基带客户端软件，由基带数据处理软件、基带监控软件组成的基带软件接收数传接收板卡上报的数传原始信息包，处理、测试、显示、存储数传数据，并按规定格式发送数传数据至北京数据集总监控中心，其中，所述基带数据处理软件通过CPCI总线驱动，接收数传接收板卡上报的数传原始信息包，实时解析打包数传数据，并通过网络把该打包数据实时发送到北京数据集总监控中心进行卫星图像显示及声音播放，同时打包发送到本地基带监控软件进行图像声音数据性能测试及存储。
2.按权利要求1所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，所述基带数据处理软件由接收任务模块、解释任务模块和发送任务模块组成，各任务模块间的数据通信，采用信号量及环形队列实现。
3.按权利要求2所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，接收任务模块通过CPCI通讯端口，获取数传接收板卡上报的数传原始信息包。
4.按权利要求3所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，接收任务模块把获取的数传原始信息包放入接收数据缓冲区，并把信息包存放在缓冲区中的首地址及信息包长度放入环形队列RecvQueue中，释放信号量RecvSema通知解释任务模块。
5.按权利要求4所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，解释任务模块收到信号量RecvSema，从环形队列RecvQueue中取出信息包存放首地址及信息包长度，通过首地址及包长度，从接收数据缓冲区对应位子取出本包数传原始信息包。
6.按权利要求5所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，解释任务模块对取出的数传原始信息包进行分帧解包处理，每分出一帧数传原始数据帧，实时处理本帧数据，处理后数传数据帧放在发送缓冲区，“包帧计数”加1，处理完后继续分包解出下帧数据，直至解出包含的所有数传帧。
7.按权利要求6所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，解释任务模块通过数传发送方式换算出一包数传发送包所包含的数传帧数N，当“包帧计数”等于N时，把待发送数据包存放在发送缓冲区中的首地址及数据包长度放入环形队列SendQueue，释放信号量SendSema通知发送任务模块。
8.按权利要求7所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，发送任务模块收到信号量SendSema，从环形队列SendQueue中取出待发送数据包存放首地址及数据包长度，通过首地址及包长度，从发送数据缓冲区对应位子取出待发送数据包，最终通过Net通讯端口发送本包数据至中心软件或基带监控软件。
9.按权利要求6所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，解释任务模块分出数传原始数据帧，通过原始帧包含的“数传类型标识”判断本帧数据为I路或Q路数传数据，两种数据分别发向I路数据处理类或Q路数据处理类进行数传数据处理，两路数据分别计数、打包。I路和Q路数据处理流程一致。
10.按权利要求2所述的利用VxWorks平台实时处理基带数传数据的方法，其特征在于，从接收任务模块接收数传原始信息包到解出单帧数传原始数据；从开始打包数传数据至通过Net通讯端口发送本包数据，全过程采用指针方式解析传递发送数据。
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