CN112116729B - 一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法，属于机载数据采集技术领域。本发明将机载数据采集功能分解为数据采集接收、数据传输发送、周期自检3个任务，根据重要性排序划分优先级；其中建立了一种基于VxWorks消息队列进行任务间通讯和消息二级缓存的方法，既保证了数据采集任务的实时性，又缓解了数据传输任务的压力。本发明将机载数据采集传输方法通用化，并提高了程序的可靠性，适用于所有使用VxWorks操作系统的设备。

Description

一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法
技术领域
本发明属于机载数据采集技术领域，具体涉及一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法。
背景技术
目前，随着飞机航电系统的不断迭代发展，各系统及设备之间的交联关系也愈加复杂，为掌握各设备在飞行过程中的状态，需要数据采集设备进行机上数据采集、增加时间标记、并组包实时发送给记录器存储，以便进行数据分析。数据采集的实时性和数据传输的完整性是机载数据采集设备的两大指标，为保证实时性多采用VxWorks操作系统，在硬件资源已确定的情况下，功能性能完成的质量主要取决于软件设计的水平。
为保证实时性和完整性的两个指标，系统任务的划分与任务间通讯的设计，目前主要存在以下三种方法：
1、设备上电初始化完成后启动单任务，数据采集、组包、传输发送顺序执行，此方法优点是逻辑清晰简单，但在采集数据量峰值或者受到外部干扰时，可能出现由于设备传输耗时长导致数据采集实时性差，甚至数据采集丢包的问题。
2、设备上电初始化完成后建立多任务，将数据采集组包和数据传输发送分为两个任务，通过共享内存的方式进行通信，数据采集组包任务将采集组包的数据填入共享内存，数据传输任务将共享内存中的数据读出并发送给记录器。此方法能保证数据采集的实时性，但可能存在访问共享内存冲突的风险，导致数据填入或读出错误。
3、设备上电初始化完成后建立数据采集组包和数据传输发送两个任务，通过信号量和共享内存结合的方式进行通信，数据采集组包任务申请信号量成功后，将采集组包的数据填入共享内存，然后释放信号量；数据传输任务申请信号量成功后，将共享内存中的数据读出，然后释放信号量，并发送数据给记录器。该方法能够保证采集的实时性，并且避免了访问共享内存冲突的风险，难点在于对共享内存数据交换协议的制定，需要考虑兼容多种情况，对软件实现较复杂。
为了解决目前机载采集处理方法的不足，在保证采集性能实时性和完整性的同时，提高可靠性，需要提供一种通用的数据采集传输的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法，在保证采集性能实时性和完整性的同时，提高程序可靠性和通用性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法，该方法将机载数据采集功能分解为数据采集接收任务、数据传输发送任务、周期自检任务3个任务，根据重要性排序划分优先级，将数据采集接收任务的优先级定为最高，其次依次为数据传输发送任务、周期自检任务；全局消息队列用于数据采集接收任务和数据传输发送任务间的通讯，同时还作为二级缓存；周期自检任务完成对设备状态的检查和信息的统计。
优选地，设备上电后，进行自检及初始化：等待各模块启动2秒，然后检查各模块的上电自检状态，若自检存在故障，进行故障处理，点亮设备故障灯，并通过信号对外输出接口进行故障上报，用于故障提示和分析；若自检正常，则创建全局消息队列；
然后，创建数据采集接收任务、数据传输发送任务、周期自检任务；
数据采集接收任务开始，串口打印开始信息，若5ms信号量刷新，先记住开始采集时间，然后进行各通道数据的采集、组包及实时处理操作，将组包好的数据发送至全局消息队列，处理完成后计算本次的处理间隔，与之前记录的处理间隔对比得到最大处理间隔，并统计各通道已接收数据和看门狗喂狗；若5ms信号量不更新，任务进入休眠状态，其他任务可正常工作；
数据传输发送任务开始，串口打印开始信息，接收数据采集接收任务发送的全局消息队列中消息，将消息内容读出并填入待发送数据缓冲区中，当缓冲区填满后，一次性将发送缓冲区内的数据发送给记录设备。
优选地，周期自检任务完成对设备硬件模块的检查，并通过读取全局变量的方式掌握当前设备及软件的状态，在设备调试时可将信息打印输出，用以辅助实时的状态监测及分析，装机后再关闭打印。
优选地，设备上电后，进行自检及初始化过程中，全局消息队列的属性设置为正常先进先出模式，消息个数设置为10000，全局消息队列的传输内容设计为结构体形式，包含数据通道号、数据长度和数据内容三个成员，其中数据内容大小设置为1KB；数据传输发送任务接收到全局消息队列内容后，按此格式接收解析，可直接取出对应长度的消息内容，按照对应通道号进行发送。
优选地，设备上电后，进行自检及初始化过程中，设置辅助时钟每秒200tick，即周期5ms，绑定辅助时钟处理函数刷新信号量；设置看门狗周期为2秒，若2秒内不喂狗，则狗叫重启，防止程序跑飞。
优选地，执行数据采集接收任务时，数据采集处理间隔统计选用vxTimeBaseGet函数。
优选地，执行数据传输发送任务时，数据传输发送任务内部对全局消息队列数据进行拼包操作，数据长度拼到2KB后再一次性发送。
优选地，全局消息队列为Vxworks消息队列，即采用Vxworks操作系统提供的消息队列功能作为采集和传输任务之间的通讯手段。
优选地，设置周期自检任务每5秒打印输出统计信息一次，输出信息包括设备上电时长、自检结果、各通道已接收数据统计、各通道已发送数据统计、最大处理间隔、当前消息队列占用量、最大消息队列占用量信息。
本发明还提供了一种所述的方法在机载数据采集技术领域中的应用。
(三)有益效果
本发明将机载数据采集功能分解为数据采集接收、数据传输发送、周期自检3个任务，根据重要性排序划分优先级；其中建立了一种基于VxWorks消息队列进行任务间通讯和消息二级缓存的方法，既保证了数据采集任务的实时性，又缓解了数据传输任务的压力。本发明将机载数据采集传输方法通用化，并提高了程序的可靠性，适用于所有使用VxWorks操作系统的设备。
附图说明
图1是本发明一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法中软件上电流程图；
图2是本发明一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法中任务执行示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为了在保证采集性能实时性和完整性的同时，提高程序可靠性和通用性，本发明提出了一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法。该方法将机载数据采集功能分解为数据采集接收任务、数据传输发送任务、周期自检任务3个任务，根据重要性排序划分优先级，为保证采集的实时性，将数据采集接收任务的优先级定为最高；建立VxWorks消息队列，用于数据采集接收任务和数据传输发送任务间的通讯，同时还作为二级缓存，在保证数据采集任务实时性的同时，缓解数据传输任务的压力；周期自检任务完成对设备状态的检查和信息的统计等；其中，该方法建立了一种基于VxWorks消息队列进行任务间通讯和消息二级缓存的方法。具体实施步骤如下：
设备上电后，进行自检及初始化。如图1所示，软件等待各模块启动2秒，然后检查各模块的上电自检状态，若自检存在故障，进行故障处理，点亮设备故障灯，并通过信号对外输出接口进行故障上报，用于故障提示和分析；若自检正常，则创建全局消息队列，即VxWorks消息队列，用于任务间的通信和采集数据的缓存。
其中，全局消息队列的属性设置为正常先进先出模式，消息个数设置为10000，全局消息队列传输内容设计为结构体形式，包含数据通道号、数据长度和数据内容三个成员，其中数据内容大小设置为1KB。数据记录任务接收到全局消息队列内容后，按此格式接收解析，可直接取出对应长度的消息内容，按照对应通道号进行发送。
其中，设置辅助时钟每秒200tick，即周期5ms，绑定辅助时钟处理函数刷新信号量；设置看门狗周期为2秒，若2秒内不喂狗，则狗叫重启，防止程序跑飞。
然后，创建数据采集接收任务、数据传输发送任务、周期自检任务，优选地，三个任务优先级分别设置为60(优先级最高)、80、100。
三个任务的执行过程及任务间的关系如图2所示。
数据采集接收任务开始，串口打印开始信息，若5ms信号量刷新，先记住开始采集时间，然后进行各通道数据的采集、组包及实时处理等操作，将组包好的数据发送至全局消息队列，处理完成后计算本次的处理间隔，与之前记录的处理间隔对比得到最大处理间隔，并统计各通道已接收数据和看门狗喂狗；若5ms信号量不更新，任务进入休眠状态，其他任务可正常工作。
其中，数据采集处理间隔统计选用vxTimeBaseGet函数，分辨率可达到微秒级以上。
数据传输发送任务开始，串口打印开始信息，接收数据采集接收任务发送的全局消息队列中消息，将消息内容读出并填入待发送数据缓冲区中，当缓冲区填满后，一次性将发送缓冲区内的数据发送给记录设备。
其中，为保证传输数据的高效率，避免频繁地占用发送通道，数据传输发送任务内部对全局消息队列数据进行拼包操作，数据长度拼到2KB后再一次性发送。
采用Vxworks操作系统提供的消息队列功能作为采集和传输任务之间的通讯手段，可以避免申请信号灯和维护共享内存的复杂逻辑，增加了程序的可靠性。并且针对不同的采集设备，根据需缓存内容的大小，只需调整几个参数就能够改变消息传输的格式和能够缓存的消息数量，提高了程序的通用性和可移植性。
周期自检任务主要完成对设备硬件模块的检查，并通过读取全局变量的方式掌握当前设备及软件的状态，在设备调试时可将信息打印输出，用以辅助实时的状态监测及分析，装机后再关闭打印。
其中，设置周期自检任务每5秒打印输出统计信息一次，输出信息包括设备上电时长、自检结果、各通道已接收数据统计、各通道已发送数据统计、最大处理间隔、当前消息队列占用量、最大消息队列占用量等信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于VxWorks系统的机载数据采集方法，其特征在于，该方法将机载数据采集功能分解为数据采集接收任务、数据传输发送任务、周期自检任务3个任务，根据重要性排序划分优先级，将数据采集接收任务的优先级定为最高，其次依次为数据传输发送任务、周期自检任务；全局消息队列用于数据采集接收任务和数据传输发送任务间的通讯，同时还作为二级缓存；周期自检任务完成对设备状态的检查和信息的统计；
设备上电后，进行自检及初始化：等待各模块启动2秒，然后检查各模块的上电自检状态，若自检存在故障，进行故障处理，点亮设备故障灯，并通过信号对外输出接口进行故障上报，用于故障提示和分析；若自检正常，则创建全局消息队列；
然后，创建数据采集接收任务、数据传输发送任务、周期自检任务；
数据采集接收任务开始，串口打印开始信息，若5ms信号量刷新，先记住开始采集时间，然后进行各通道数据的采集、组包及实时处理操作，将组包好的数据发送至全局消息队列，处理完成后计算本次的处理间隔，与之前记录的处理间隔对比得到最大处理间隔，并统计各通道已接收数据和看门狗喂狗；若5ms信号量不更新，任务进入休眠状态，其他任务可正常工作；
数据传输发送任务开始，串口打印开始信息，接收数据采集接收任务发送的全局消息队列中消息，将消息内容读出并填入待发送数据缓冲区中，当缓冲区填满后，一次性将发送缓冲区内的数据发送给记录设备；
周期自检任务完成对设备硬件模块的检查，并通过读取全局变量的方式掌握当前设备及软件的状态，在设备调试时可将信息打印输出，用以辅助实时的状态监测及分析，装机后再关闭打印；
设备上电后，进行自检及初始化过程中，全局消息队列的属性设置为正常先进先出模式，消息个数设置为10000，全局消息队列的传输内容设计为结构体形式，包含数据通道号、数据长度和数据内容三个成员，其中数据内容大小设置为1KB；数据传输发送任务接收到全局消息队列内容后，按此格式接收解析，可直接取出对应长度的消息内容，按照对应通道号进行发送；
设备上电后，进行自检及初始化过程中，设置辅助时钟每秒200tick，即周期5ms，绑定辅助时钟处理函数刷新信号量；设置看门狗周期为2秒，若2秒内不喂狗，则狗叫重启，防止程序跑飞；
执行数据采集接收任务时，数据采集处理间隔统计选用vxTimeBaseGet函数；
执行数据传输发送任务时，数据传输发送任务内部对全局消息队列数据进行拼包操作，数据长度拼到2KB后再一次性发送；
全局消息队列为Vxworks消息队列，即采用Vxworks操作系统提供的消息队列功能作为采集和传输任务之间的通讯手段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，设置周期自检任务每5秒打印输出统计信息一次，输出信息包括设备上电时长、自检结果、各通道已接收数据统计、各通道已发送数据统计、最大处理间隔、当前消息队列占用量、最大消息队列占用量信息。
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