實時操作系統的軟件結構設計 - 基于DSP的便攜式雷達系統

3、基于DSP/BIOSⅡ實時操作系統的軟件結構設計

　　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，根據他來設定各個線程的優先級，以及用什么方式通訊和交換數據。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每采來一列數據之后給DSP發一個硬中斷信號，每接收到一列數據之后，DSP對這列數據分別進行平均濾波和自適應濾波，同時進行列計數;當列計數到達一幀時，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。

　　根據以上的執行過程，整個軟件分解為12個獨立的任務，其中列中斷、USB數據傳送這2個模塊是HWI(硬中斷)類型的任務，鍵盤模塊屬于PRD(周期性)任務(完成對鍵盤定期掃描)，其余模塊是SWI(軟中斷)類型的任務。初始化任務完成對DSP的初始設定后就刪除;列中斷任務負責給DSP發送列數據來臨信息，觸發列平均、列自適應任務，完成對一列數據的去噪處理;列計數模塊完成對列中斷的計數，當到達一幀時，發送幀中斷，觸發一系列針對幀的數據處理任務;整個軟件系統的執行流程如圖2所示。

　DSP/BIOSⅡ作為一種商用的操作系統，提供給便于使用的圖形配置界面。使用圖形界面可以幫助開發者快速開發程序，不必寫繁瑣的初始化程序，而可以用圖形界面配置后讓編譯器自動生成。比如對于串行口(MCBSP)的設置就需要配置中斷源、數據格式、收發頻率等十幾個寄存器，麻煩而且容易出錯，但是如果使用圖形界面來設置，一切就容易多了。圖形配置界面不僅可以完成對硬件資源的設置，還可以對任務、信號量進行初始化，完成了他，也就完成了使用DSP/BIOSⅡ的第二步工作。完成各個線程程序的編寫之后，編譯并載入DSP中運行。DSP首先初始化，然后從MAIN()函數跳入任務循環隊列，按照優先級執行隊列中的任務，而任務一般都是無限循環的，只被特定的信號量掛起。

　　DSP/BIOSⅡ提供了強大的分析調試工具。除了常用的方法之外，CPU負載圖和執行圖是兩種非常有效的方法。CPU負載圖提供的是目標CPU的負載曲線。CPU負載的定義是除去執行最低優先級任務以外的時間量。最低優先級任務是只在其他線程都不運行時才執行的任務。因此，CPU負載圖包括從目標向主機傳送數據和執行附加后臺任務所需的時間。在執行圖中，可以看到各個線程的活動方式。圖形中還包括了信號量的活動，周期性函數標記(tick)和時鐘模塊標記。執行圖能從整體上看到項目所有線程的活動狀態。根據調試得到的信息可以評估線程的執行情況和CPU的負荷情況，配合其他調試工具，修改設計直到完成項目的功能需要。

　　CPU負載圖反映的是軟件系統所需要的性能和CPU實際最大性能的比值，像PC機上性能統計圖，如果所需的性能大于DSP的實際性能，就必須修改設計、優化算法、加快時鐘頻率，甚至更換性能更高的DSP芯片。

　　執行圖顯示了各個任務執行過程中的細節信息，對于嵌入式應用而言，實時性是非常重要甚至是必須滿足的條件，操作系統按很小的間隔進行調度就是力圖保證系統響應的實時性。但是在實際中，如果任務分配不好，使得任務不能在調度間隔內完成，就會影響整個系統的實時性，這時，必須對任務劃分作合理的修改。比如本系統中對一列數據的去噪處理，原先是等到一幀數據來到后再做的，仿真中發現這樣使得一幀間隔內所要執行的任務過多，DSP無法完成，所以將數據的預處理改到每一列去做，保證系統的實時性。

　　4、DSP/BIOSⅡ操作系統使用中要注意的問題

　　(1)很好地使用DSP/BIOSⅡ的關鍵在于很好地理解操作系統，這有點像算法理論和應用算法的關系。操作系統凝聚了軟件領域幾十年發展中的精華，有很多概念和結構是需要很深入的理解和思考的，所以，初學者一定得反復看看一些專門講操作系統的書籍。

　　(2)任務必須寫成下面2種形式之一。