基于QNX系統的某型外場測試設備設計

曾輝　奚國權　梁巍

【摘要】 某型外場測試設備基于PC104硬件系統平臺，以QNX為操作系統，用于實現某型發射裝置電氣系統的功能測試。QNX系統是一種微內核、實時性好的操作系統。用QNX自帶的應用軟件開發平臺進行測試軟件開發，既能滿足設備實時性要求又能滿足良好人機交互界面的需求。

【關鍵詞】 外場測試設備 PC/104系統 QNX操作系統

引言

QNX實時操作系統是加拿大QNX公司開發的實時多任務操作系統軟件，是一個分布、嵌入式、可規模擴展的微內核實時操作系統。QNX 6.x有一個非常小的微內核[1]（約為12K），微內核只提供最基本的服務，包括線程調度、進程間通信以及同步、中斷處理，并通過消息傳輸機制與OS各模塊進行通信。這一機制使得QNX能夠勝任實時性和開發靈活性要求很高的應用領域，如過程控制、測試設備、數據通信等。而外場測試設備要求人機界面友好、操作簡便快捷，測試數據實時顯示，而且有較多的時間參數，因此對系統的實時性要求較高。此外還要求體積小攜帶方便、外場環境適應能力強、功耗小。為滿足上述需求，該測試設備選擇PC104嵌入式系統作為設備硬件平臺，選擇QNX系統為設備的操作系統。

一、選用QNX的優勢

以QNX為操作系統和PC104嵌入式系統為平臺[2]的測試設備具有其他基于Windows操作系統或基于DSP微處理器的外場測試設備不可比擬的優勢，主要體現在下述幾個方面：首先，QNX系統平臺改變了外場測試設備的人機界面模式，傳統以單片機或F240等嵌入式系統為核心，配以外圍接口電路和液晶屏等組成的測試設備，其人機界面簡陋），信息量非常有限，而本系統平臺用QNX操作系統自帶的軟件開發工具能進行圖形界面開發，能開發與在Windows系統下VC++等面向對象開發工具一樣美觀、友好的人機界面，顯示更多的測試信息。其次，QNX系統內核小，對CPU板卡要求低，能滿足設備功耗低，解決設備散熱難的問題，在過去的測試設備中嘗試過采用PC104嵌入式平臺，配以Windows操作系統研制外場測試設備，卻因為Windows系統大而復雜，負擔重，對CPU資源要求高，造成設備功耗過大，產生熱量多，又因為其外場惡劣的環境因素，導致系統溫度高而在外場應用時經常死機，甚至系統崩潰。選用QNX操作系統，CPU可以選擇300～500MHz頻率，系統運行速度快，功耗低，產生熱量較少，不會出現系統死機、崩潰等現象。最后，QNX遵循POSIX實時標準。這不僅意味著代碼可移植性，還意味著任何程序員如果具有UNIX、Linux或其它POSIX經驗，即使不了解嵌入式實時操作系統，容易上手，也可以輕松地在QNX的環境下進行研發。

二、測試設備需求分析

外場測試設備的功能是通過模擬導彈有關信號和邏輯時序對發射裝置和飛機有關線路和發控時序進行檢查，另外還能在飛機沒有懸掛發射裝置之前對飛機相關接口的供電信號、模擬通道、數字通道和控制時序進行檢查。

掛上發射裝置后發射裝置接口檢測，通過模擬導彈的各種工作狀態，檢查發射裝置電氣接口和功能的正確性，本狀態測試信息類型有：1553B總線信息，429總線信息，供電信息，串口信息、I/O采集信號及I/O輸出信號。

三、測試設備的硬件構型

根據上述功能需求，測試設備構建了一種基于PC/104結構嵌入式計算機系統的外場設備平臺，如圖1所示。

四、測試設備軟件設計

在啟動電源開關后，應用軟件自動加載并根據不同接口進入相應的測試主界面。因為QNX系統支持多線程，所以測試軟件采用多線程機制完成功能測試[3]。

本軟件線程分為三類：主測試線程、界面顯示線程、中斷處理線程。進入測試界面后啟動主測試線程，主線程將各個功能模塊貫穿起來作后臺測試，界面顯示線程響應主測試中測試消息信息，中斷處理線程完成設備驅動程序數據傳遞，其線程間消息傳遞如圖2所示。

中斷線程主要是各個板卡驅動程序中處理數據線程，將處理結果傳遞給主測試線程，提供主線程測試需要的數據（如429總線數據、I/O口位采集數據、串口接受數據等數據信息）。中斷處理線程在板卡驅動程序編寫中有介紹，這里不再重復介紹。整個測試基本是用這三類線程完成，后臺測試，前臺顯示，底層板卡驅動提供數據，脈絡清晰，易讀易改。不掛架狀態測試程序框架結構與之一樣，這里不再描述。

五、結束語

本測試設備以QNX為操作系統匹配PC104嵌入式系統，并且自行研制測試應用軟件，目前已交付外場使用。設備以其友好、美觀的人機界面和良好的功能、性能測試效果能滿足某型發射裝置外場測試要求。

而且，隨著技術的發展和越來越高的部隊作戰需求，武器裝備正朝著系列化、模塊化、組合化和通用化的方向發展，而基于PC/104嵌入式硬件平臺同時采取微內核QNX為操作系統的應用解決了用Windows系統導致設備功耗大，散熱難問題。這種模塊化、通用化的設計思路不論在功能上還是在技術上都有很大的優勢。而本系統設計對于不同型號發射裝置的外場測試設備，只需進行很少的基于個例的接口適配模塊設計和開發設備驅動與應用層軟件即可，從而可以大大縮短開發周期，減少維護費用，因此具有很好的應用前景。

參 考 文 獻

[1] QNX.Getting Started with QNX Neutrino：A Guidide for Realtime Programmers[EB/OL][2013-01].http：//www.qnx.com.

[2] 姜廣山，祖家奎.基于QNX的PC104總線設備驅動模塊的開發.工業控制計算機，2010，23（12）：1-4頁

[3] QNX Neutrino RTOS Multicore Processing Users Guide[OL]. [EB/OL][2013-01].http：//www.qnx.com.

[4] 王斑，苗克堅.QNX驅動程序的編寫.微型電腦應用，2006，22（3）：60-62頁