CN111190746A - 基于VxWorks653多核分区实时操作系统及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于VxWorks653多核分区实时操作系统及通信方法，当应用分区需要对外发送数据时，先将数据通过队列端口发送给代理分区，代理分区中的多核通信中间件接收到数据后，再将数据发送给总线驱动，总线驱动最终将数据发送到总线上。本发明通过在核0上分区为其他分区做通信转发代理，解决了运行在多核上的分区同时访问总线时造成的冲突问题，直接通信降低总线负载，间接通信记录分区间的通信内容，根据系统需求选择不同的方式；可以根据系统需求灵活扩展，支持消息的组播、广播等功能，支持多种通信总线，具有较好的移植性。

Description

基于VxWorks653多核分区实时操作系统及通信方法

技术领域

本发明涉及机载综合任务处理技术领域，尤其是一种多核分区实时操作系统总线通信方法。

背景技术

当前，随着飞机任务的复杂度越来越高，对飞机的航电系统要求也越来越高，综合核心处理机是航电任务系统核心组成部分，任务系统的主要应用软件都驻留在综合核心处理机中，比如火控管理、战术决策、导航解算、传感器管理、数据融合、显示控制等。这些应用对综合核心处理机的硬件处理要求也越来越高。随着电子技术的发展，单纯提高处理器主频，已经无法满足计算需求。

目前多核是处理器发展的主要方向。在航空电子系统中，多核处理器也开始在型号中使用。飞思卡尔推出的T2080处理器是四核八线程高性能处理器，每个核的最高主频可达1.8GHz，而风河公司推出的VxWorks653 3.0多核分区实时操作系统支持T2080处理器。

在传统的单核处理系统中，每个分区以时间片的方式串行执行，同一个时间片内，只有一个分区对外使用总线，因此不存在访问冲突的问题。而在多核处理系统中，不同核上的分区会出现同时运行的情况，为防止多核分区同时访问总线出现的冲突问题，需要提供一种多核处理系统的总线通信机制来解决总线访问冲突问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于VxWorks653多核分区实时操作系统及通信方法，实现了在多核分区上共同使用总线对外通信功能，提高了总线通信效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于VxWorks653多核分区实时操作系统，包括代理分区和应用分区，其中应用分区上驻留有应用软件，代理分区包含多核通信中间件和总线驱动，当应用分区需要对外发送数据时，先将数据通过队列端口发送给代理分区，代理分区中的多核通信中间件接收到数据后，再将数据发送给总线驱动，总线驱动最终将数据发送到总线上；同时，多核通信中间件周期接收总线上的数据，如果总线上有数据，则将总线的数据接收后通过队列端口转发到对应的应用分区中，应用分区周期接收各个队列端口的数据，从而使应用分区上的应用软件接收到外部总线的数据。

所述种基于VxWorks653多核分区实时操作系统的多核通信中间件包括转换模块、发送模块和接收模块；

多核通信中间件在进行初始化时，先读取消息的配置信息，包括消息的ID、对应的队列端口和消息类型；然后通过转换模块将配置信息转换为转发表，多核通信中间件在运行时，通过转发表将消息转发到各个应用分区中；应用分区的软件通过队列端口将数据发送到代理分区中，多核通信中间件的发送模块接收到数据后，根据转换模块转换后的转发表，将消息发发送到总线驱动中；当多核通信中间件从总线驱动中接收到消息后，通过转发表将消息转发到对应的应用分区中；

发送模块完成从端口中接收分区应用发过来的数据，根据配置，将数据转发到总线驱动中，或将数据转发到对应的分区应用中；

接收模块根据配置，从总线驱动中或从分区应用中接收数据，然后将接收数据单发或者组播发送到对应的接收分区应用中。

所述转换模块在多核通信中间件初始化时，负责将配置表转换成转发表；配置表是用户根据需求进行配置，包括发送配置表和接收配置表，转发表用于消息转发，多核通信中间件在进行多核通信转发时用到的信息都在转发表中，转发表是配置表通过转换模块转换而成，转发表包括发送转发表和接收转发表；

发送配置表和接收配置表的信息包括队列端口名称、总线消息ID、总线消息类型、总线消息长度、总线消息数量以及内部和外部标志，其中内部是指分区间通信不经过总线，直接将消息转发到对应分区中；外部是指分区间通信需要经过总线，再从总线将数据接收后转发到分区中。发送配置表和接收配置表使用相同的结构体；

发送转发表的信息包括消息ID、消息类型、消息大小、消息数量、发送队列端口ID、分区间直接通信时对应的接收转发表的索引和内部外部标识。

接收转发表的信息包括消息ID、消息类型、消息大小、消息数量、接收队列端口ID数组、接收队列端口ID数量、分区间通信对应的发送转发表的索引和内部和外部标识。

接收转发表的队列端口ID是数组，当多核通信中间件收到总线消息或分区应用的消息后，将消息组播到对应分区，而接收对垒端口的ID数组则保存了组播时需要的端口信息，进行组播时遍历这个数组，逐条转发。

所述发送配置表转换成发送转发表的步骤如下：

a)初始化转发表信息结构体，遍历发送配置表中每一条配置信息，针对每条配置信息执行步骤b；

b)根据端口名称，创建并初始化发送队列端口；

c)将总线消息的ID、长度、名称填充到发送转发表中的结构体中；

d)读取发送配置表中的内部和外部标志，如果是外部标志，则执行步骤e，如果是内部标志，则执行步骤f；

e)将配置表中的外部标志填充到发送转发表中；

f)遍历接收配置表，并和发送配置表的消息ID进行比对，如果发送和接收配置表的ID相同，则将接收配置表中的索引填充到发送转发表中。

所述接收配置表转换成接收转发表的步骤如下：

a)初始化转发表信息结构体，遍历接收配置表中每一条配置信息，针对每条配置信息执行步骤b；

b)根据端口名称，创建并初始化接收队列端口；

c)将总线消息的ID、长度、名称等信息填充到接收转发表中的结构体中；

d)读取接收配置表中的内部和外部标志，如果是外部标志，则执行步骤e，如果是内部标志则执行步骤f；

e)将配置表中的外部标志填充到接收转发表中；

f)遍历接收配置表，并和发送配置表的消息ID进行比对，如果发送和接收配置表的ID相同则将发送配置表中的索引填充到接收转发表中。

所述接收模块从FC驱动中接收数据或者从其他分区中接收数据然后转发到对应的分区应用中，接收模块的执行步骤如下：

a)遍历接收转发表中的每条信息，判断内部外部标志，如果是外部标志，则执行步骤b，如果是内部，则执行步骤c；

b)应用程序接收任务从FC驱动中接收数据；

c)应用程序接收任务从其他分区中接收数据；

d)接收任务根据转发表中对应的分区队列端口，遍历对应的发送接口，将数据组播到对应的分区应用中；其中单播是组播的一种情况，只是需要转发的消息个数为1,这样就可以都统一按照组播转发。

所述发送模块将分区应用中的数据发送到总线驱动中或者转发到对应的其他分区应用中，具体步骤如下：

a)遍历发送转发表中的每条信息，判断内部外部标志，如果是外部标志，则执行步骤b，如果是内部，则执行步骤c；

b)发送任务从应用分区中接收数据再发送到总线驱动中。

c)发送任务从应用分区中接收数据直接组播到其他分区中，其中单播是组播的一种情况，只是需要转发的消息个数为1,，这样就可以都统一按照组播转发。

本发明的有益效果在于通过在核0上分区为其他分区做通信转发代理，解决了运行在多核上的分区同时访问总线时造成的冲突问题。同时，本发明可以支持VxWorks653操作系统中多个分区之间直接通信或者通过总线间接通信，直接通信可以降低总线负载，间接通信可以记录分区间的通信内容，根据系统需求选择不同的方式。另外，通过配置文件的方式实现消息的转发配置，此方式可以根据系统需求灵活扩展。最后，该方法还支持消息的组播、广播等功能，支持多种通信总线，具有较好的移植性。

附图说明

图1为本发明多核分区实时操作系统软件组成图。

图2为本发明多核分区实时操作系统总线通信方法架构图。

图3为本发明应用程序接收任务流程图。

图4为本发明应用程序发送任务流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明主要通过运行在核0上多核通信中间件来完成数据的转发工作，即将应用程序需要发送的数据通过端口发送到核0分区，核0上的多核通信中间件将数据转发到总线驱动，或者将数据直接转发到其他分区应用中。同时接收总线数据或者其他分区的数据，并将数据转发到对应的分区应用中。此外还具备消息组播功能，即收到消息后，根据配置转发到多个端口中，如图2所示。

一种基于VxWorks653多核分区实时操作系统，如图1所示，包括代理分区(POS0)和应用分区(POS1、POS2、POS3)，其中应用分区上驻留有应用软件，代理分区包含多核通信中间件和总线驱动，当应用分区需要对外发送数据时，先将数据通过队列端口发送给代理分区，代理分区中的多核通信中间件接收到数据后，再将数据发送给总线驱动，总线驱动最终将数据发送到总线上；同时，多核通信中间件周期接收总线上的数据，如果总线上有数据，则将总线的数据接收后通过队列端口转发到对应的应用分区中，应用分区周期接收各个队列端口的数据，从而使应用分区上的应用软件接收到外部总线的数据。

所述种基于VxWorks653多核分区实时操作系统的多核通信中间件包括转换模块、发送模块和接收模块；

多核通信中间件在进行初始化时，先读取消息的配置信息，包括消息的ID、对应的队列端口和消息类型；然后通过转换模块将配置信息转换为转发表，多核通信中间件在运行时，通过转发表将消息转发到各个应用分区中；应用分区的软件通过队列端口将数据发送到代理分区中，多核通信中间件的发送模块接收到数据后，根据转换模块转换后的转发表，将消息发发送到总线驱动中；当多核通信中间件从总线驱动中接收到消息后，通过转发表将消息转发到对应的应用分区中；

发送模块完成从端口中接收分区应用发过来的数据，根据配置，将数据转发到总线驱动中，或将数据转发到对应的分区应用中。

接收模块根据配置，从总线驱动中或从分区应用中接收数据，然后将接收数据单发或者组播发送到对应的接收分区应用中。

(1)转换模块

多核通信中间件在进行初始化时需要将配置表转换成转发表，配置表是用户根据需求进行配置，包括发送配置表和接收配置表，转发表用于消息转发，多核通信中间件在进行多核通信转发时用到的信息都在转发表中，转发表是配置表通过转换模块转换而成，转发表包括发送转发表和接收转发表；

发送配置表和接收配置表的信息包括队列端口名称、总线消息ID、总线消息类型、总线消息长度、总线消息数量以及内部和外部标志，其中内部是指分区间通信不经过总线，直接将消息转发到对应分区中；外部是指分区间通信需要经过总线，再从总线将数据接收后转发到分区中。发送配置表和接收配置表使用相同的结构体；

发送转发表的信息包括消息ID、消息类型、消息大小、消息数量、发送队列端口ID、分区间直接通信时对应的接收转发表的索引和内部外部标识。

接收转发表的信息包括消息ID、消息类型、消息大小、消息数量、接收队列端口ID数组、接收队列端口ID数量、分区间通信对应的发送转发表的索引和内部和外部标识。

接收转发表的队列端口ID是数组，当多核通信中间件收到总线消息或分区应用的消息后，将消息组播到对应分区，而接收对垒端口的ID数组则保存了组播时需要的端口信息，进行组播时遍历这个数组，逐条转发。

发送配置表转换成发送转发表的步骤如下：

a)初始化转发表信息结构体，遍历发送配置表中每一条配置信息，针对每条配置信息执行步骤b；

b)根据端口名称，创建并初始化发送队列端口；

c)将总线消息的ID、长度、名称填充到发送转发表中的结构体中；

d)读取发送配置表中的内部和外部标志，如果是外部标志，则执行步骤e，如果是内部标志，则执行步骤f；

e)将配置表中的外部标志填充到发送转发表中；

f)遍历接收配置表，并和发送配置表的消息ID进行比对，如果发送和接收配置表的ID相同，则将接收配置表中的索引填充到发送转发表中。

接收配置表转换成接收转发表的步骤如下：

a)初始化转发表信息结构体，遍历接收配置表中每一条配置信息，针对每条配置信息执行步骤b；

b)根据端口名称，创建并初始化接收队列端口；

c)将总线消息的ID、长度、名称等信息填充到接收转发表中的结构体中；

d)读取接收配置表中的内部和外部标志，如果是外部标志，则执行步骤e，如果是内部标志则执行步骤f；

e)将配置表中的外部标志填充到接收转发表中；

f)遍历接收配置表，并和发送配置表的消息ID进行比对，如果发送和接收配置表的ID相同则将发送配置表中的索引填充到接收转发表中。

(2)接收模块

接收模块从FC驱动中接收数据或者从其他分区中接收数据然后转发到对应的分区应用中，如图3所示。接收模块的执行步骤如下：

a)遍历接收转发表中的每条信息，判断内部外部标志，如果是外部标志，则执行步骤b，如果是内部，则执行步骤c；

b)应用程序接收任务从FC驱动中接收数据；

c)应用程序接收任务从其他分区中接收数据；

d)接收任务根据转发表中对应的分区队列端口，遍历对应的发送接口，将数据组播到对应的分区应用中；其中单播是组播的一种情况，只是需要转发的消息个数为1,这样就可以都统一按照组播转发。

(3)发送模块

发送模块将分区应用中的数据发送到总线驱动中或者转发到对应的其他分区应用中，如图4所示。

a)遍历发送转发表中的每条信息，判断内部外部标志，如果是外部标志，则执行步骤b，如果是内部，则执行步骤c；

b)发送任务从应用分区中接收数据再发送到总线驱动中。

c)发送任务从应用分区中接收数据直接组播到其他分区中，其中单播是组播的一种情况，只是需要转发的消息个数为1,，这样就可以都统一按照组播转发。

Claims (6)

1.一种基于VxWorks653多核分区实时操作系统，其特征在于：

所述基于VxWorks653多核分区实时操作系统，包括代理分区和应用分区，其中应用分区上驻留有应用软件，代理分区包含多核通信中间件和总线驱动，当应用分区需要对外发送数据时，先将数据通过队列端口发送给代理分区，代理分区中的多核通信中间件接收到数据后，再将数据发送给总线驱动，总线驱动最终将数据发送到总线上；同时，多核通信中间件周期接收总线上的数据，如果总线上有数据，则将总线的数据接收后通过队列端口转发到对应的应用分区中，应用分区周期接收各个队列端口的数据，从而使应用分区上的应用软件接收到外部总线的数据。

2.根据权利要求1所述的基于VxWorks653多核分区实时操作系统，其特征在于：

所述种基于VxWorks653多核分区实时操作系统的多核通信中间件包括转换模块、发送模块和接收模块；

多核通信中间件在进行初始化时，先读取消息的配置信息，包括消息的ID、对应的队列端口和消息类型；然后通过转换模块将配置信息转换为转发表，多核通信中间件在运行时，通过转发表将消息转发到各个应用分区中；应用分区的软件通过队列端口将数据发送到代理分区中，多核通信中间件的发送模块接收到数据后，根据转换模块转换后的转发表，将消息发发送到总线驱动中；当多核通信中间件从总线驱动中接收到消息后，通过转发表将消息转发到对应的应用分区中；

所述发送模块完成从端口中接收分区应用发过来的数据，根据配置，将数据转发到总线驱动中，或将数据转发到对应的分区应用中；

所述接收模块根据配置，从总线驱动中或从分区应用中接收数据，然后将接收数据单发或者组播发送到对应的接收分区应用中；

所述转换模块在多核通信中间件初始化时，负责将配置表转换成转发表；配置表是用户根据需求进行配置，包括发送配置表和接收配置表，转发表用于消息转发，多核通信中间件在进行多核通信转发时用到的信息都在转发表中，转发表是配置表通过转换模块转换而成，转发表包括发送转发表和接收转发表；

发送配置表和接收配置表的信息包括队列端口名称、总线消息ID、总线消息类型、总线消息长度、总线消息数量以及内部和外部标志，其中内部是指分区间通信不经过总线，直接将消息转发到对应分区中；外部是指分区间通信需要经过总线，再从总线将数据接收后转发到分区中；发送配置表和接收配置表使用相同的结构体；

发送转发表的信息包括消息ID、消息类型、消息大小、消息数量、发送队列端口ID、分区间直接通信时对应的接收转发表的索引和内部外部标识；

接收转发表的信息包括消息ID、消息类型、消息大小、消息数量、接收队列端口ID数组、接收队列端口ID数量、分区间通信对应的发送转发表的索引和内部和外部标识；

接收转发表的队列端口ID是数组，当多核通信中间件收到总线消息或分区应用的消息后，将消息组播到对应分区，而接收对垒端口的ID数组则保存了组播时需要的端口信息，进行组播时遍历这个数组，逐条转发。

3.一种利用权利要求2所述基于VxWorks653多核分区实时操作系统的通信方法，其特征在于包括下述步骤：

所述发送配置表转换成发送转发表的步骤如下：

a)初始化转发表信息结构体，遍历发送配置表中每一条配置信息，针对每条配置信息执行步骤b；

b)根据端口名称，创建并初始化发送队列端口；

c)将总线消息的ID、长度、名称填充到发送转发表中的结构体中；

d)读取发送配置表中的内部和外部标志，如果是外部标志，则执行步骤e，如果是内部标志，则执行步骤f；

e)将配置表中的外部标志填充到发送转发表中；

f)遍历接收配置表，并和发送配置表的消息ID进行比对，如果发送和接收配置表的ID相同，则将接收配置表中的索引填充到发送转发表中。

4.一种利用权利要求2所述基于VxWorks653多核分区实时操作系统的通信方法，其特征在于包括下述步骤：

所述接收配置表转换成接收转发表的步骤如下：

a)初始化转发表信息结构体，遍历接收配置表中每一条配置信息，针对每条配置信息执行步骤b；

b)根据端口名称，创建并初始化接收队列端口；

c)将总线消息的ID、长度、名称等信息填充到接收转发表中的结构体中；

d)读取接收配置表中的内部和外部标志，如果是外部标志，则执行步骤e，如果是内部标志则执行步骤f；

e)将配置表中的外部标志填充到接收转发表中；

f)遍历接收配置表，并和发送配置表的消息ID进行比对，如果发送和接收配置表的ID相同则将发送配置表中的索引填充到接收转发表中。

5.一种利用权利要求2所述基于VxWorks653多核分区实时操作系统的通信方法，其特征在于包括下述步骤：

所述接收模块从FC驱动中接收数据或者从其他分区中接收数据然后转发到对应的分区应用中，接收模块的执行步骤如下：

a)遍历接收转发表中的每条信息，判断内部外部标志，如果是外部标志，则执行步骤b，如果是内部，则执行步骤c；

b)应用程序接收任务从FC驱动中接收数据；

c)应用程序接收任务从其他分区中接收数据；

d)接收任务根据转发表中对应的分区队列端口，遍历对应的发送接口，将数据组播到对应的分区应用中；其中单播是组播的一种情况，只是需要转发的消息个数为1,这样就可以都统一按照组播转发。

6.一种利用权利要求2所述基于VxWorks653多核分区实时操作系统的通信方法，其特征在于包括下述步骤：

所述发送模块将分区应用中的数据发送到总线驱动中或者转发到对应的其他分区应用中，具体步骤如下：

a)遍历发送转发表中的每条信息，判断内部外部标志，如果是外部标志，则执行步骤b，如果是内部，则执行步骤c；

b)发送任务从应用分区中接收数据再发送到总线驱动中；

c)发送任务从应用分区中接收数据直接组播到其他分区中，其中单播是组播的一种情况，只是需要转发的消息个数为1,，这样就可以都统一按照组播转发。

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