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1、前言 對于程序開(kāi)發(fā)和許多交互式應用來(lái)說(shuō)，UNIX和Windows可以算是優(yōu)秀的操作系統。然而，它們都不適于實(shí)時(shí)應用。Tornado是美國 WindRiver公司為用戶(hù)提供的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺，VxWorks是Tornado的運行期組件，也是嵌入式行業(yè)應用最為廣泛的實(shí)時(shí)操作系統。 VxWorks的實(shí)時(shí)性做的非常好，其系統本身的開(kāi)銷(xiāo)很小，任務(wù)調度、任務(wù)間通信和中斷處理等系統公用程序精煉而高效，他們造成的延遲很短。 VxWorks提供的多任務(wù)機制對任務(wù)的控制采用了優(yōu)先級搶占調度和輪轉調度機制，也充分保證了可靠的實(shí)時(shí)性，使同樣的硬件配置能夠滿(mǎn)足更強的實(shí)時(shí)性要求，為應用的開(kāi)發(fā)留下更大的余地。 RTW（Real-Time Workshop）是Matlab圖形建模和仿真環(huán)境Simulink的一個(gè)重要的補充功能模塊，它是一個(gè)基于Simulink的代碼自動(dòng)生出環(huán)境，它能直接從Simulink的模型中產(chǎn)生優(yōu)化的、可移植的和個(gè)性化的代碼，并根據目標配置自動(dòng)生成多種環(huán)境下的程序。 RTW提供了幾個(gè)快速原型化的目標，其中包括提供了從Simulink模型到VxWorks應用代碼的自動(dòng)轉換接口Tornado Real-Time Target，可以讓用戶(hù)的模型在VxWorks上執行。 2、Tornado(VxWorks)實(shí)時(shí)目標運行時(shí)結構 開(kāi)發(fā)VxWorks實(shí)時(shí)應用系統的典型配置，如圖1所示： 
圖1 VxWorks實(shí)時(shí)應用開(kāi)發(fā)的經(jīng)典配置 實(shí)時(shí)代碼在主機上，用Tornado提供的交叉編譯器編譯。通過(guò)RTW的Tornado實(shí)時(shí)目標生成目標文件(vxmodel.lo)，可通過(guò) Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的WindSh下載到VxWorks目標機。實(shí)時(shí)程序在VxWorks目標機上執行，通過(guò)IO設備和外部硬件交換數據，并保持和主機之間的相互通信。 實(shí)時(shí)程序運行在VxWorks目標機上，而Simulink運行在主機上。Simulink需要VxWorks目標機上運行的任務(wù)來(lái)處理通信過(guò)程。 Tornado（VxWorks）Real-Time Tartget生成如下VxWorks任務(wù)：一個(gè)用于和Simulink通信，其他用于完成模型功能[2]。 3、Tornado(VxWorks)實(shí)時(shí)目標的實(shí)現過(guò)程 3.1 實(shí)驗環(huán)境 我的實(shí)驗環(huán)境如下表： 表1 實(shí)驗環(huán)境
3.2 實(shí)時(shí)目標的具體實(shí)現步驟 為了通過(guò)Real-Time Workshop實(shí)現和運行一個(gè)基于VxWorks的實(shí)時(shí)程序，用戶(hù)可按如下的步驟進(jìn)行： (1) 在Matlab/Simulink下建立一個(gè)模型，這里以一個(gè)經(jīng)典的PID模型為例：
圖2 實(shí)驗所采用的經(jīng)典PID模型 模型采用外部工作模式（External Mode），并設置Simulink Parameters對話(huà)框中的參數：
圖3 仿真參數Solver設置
圖4 仿真參數Real-Time Workshop設置
圖5 仿真參數code generation options設置 (2) 配置模板聯(lián)編連文件tornado.tmf，該文件位于%matlabroot%/rtw/c/tornado目錄下，要對這個(gè)文件作如下修改： #------------ Macros read by make_rtw ------------- MAKECMD = C:Tornado2.2hostx86-win32 inmake HOST = PC #-------------Tool Locations----------------------------- WIND_BASE= C:Tornado2.2 WIND_REGISTRY=$(COMPUTERNAME) WIND_HOST_TYPE=x86-win32 #------------Vxworks Configuration------------------ VX_TARGET_TYPE = pentium CPU_TYPE = PENTIUM2 #-------------Macros for Downloading to Target----- TARGET=target TGTSVR_HOST=host VX_CORE_LOC = $(WIND_BASE)/target/config/ pcPentium3/vxWorks (3) 程序的生成、編譯、連接 設置完參數，保存后，開(kāi)始創(chuàng )建程序，單擊上圖中的Build按鈕，開(kāi)始編譯程序，成功后可在當前的目錄中產(chǎn)生了一個(gè) vxmodel_tornado_rtw的文件夾和一個(gè)目標文件vxmodel.lo。 (4) 手動(dòng)下載和運行可執行文件 現在可以將實(shí)時(shí)程序下載到目標機中，具體的方法是在Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中啟動(dòng)WindSh，在WindSh窗口執行如下命令： ld 請注意要保證lo文件在WindSh的工作路徑下。VxWorks實(shí)時(shí)程序定義了一個(gè)函數rt_main()，用來(lái)創(chuàng )建和執行模型代碼、完成與 Simulink的通信（如果選擇了外部模式方式）。rt_main函數在文件rt_main.c中定義，這個(gè)文件位于目錄%matlabroot% twc ornado中。 在WindSh窗口中調用rt_main函數，開(kāi)始運行程序：sp(rt_main,vxmodel,"-tf 100 -w ","*",0,30,17725) 參數的含義分別是： rt_main()是實(shí)時(shí)程序定義的函數，用來(lái)產(chǎn)生任務(wù)執行代碼和與Simulink進(jìn)行通信； -tf用于指定仿真時(shí)間，此處設為100秒； -w表示在外部模式時(shí)，運行前等待來(lái)自Simulink消息的觸發(fā)； “*”為安裝所有的信號； 0表示使用各自的模塊名； 30表示使用默認作為tBaseRate優(yōu)先級； 17725為T(mén)CP默認端口號（可以設置在256~65535之間）。 運行后我們可以看到目標機上的屏幕上顯示： waiting for start message from host (5) 建立連接 在External Target Interface對話(huà)框中的MEX-file arguments指定目標機的IP、冗長(cháng)度和TCP端口號，如圖6所示，就可以建立連接了。
圖6 External Target Interface對話(huà)框設置 打開(kāi)External Mode Control Panel，如圖7所示。點(diǎn)擊Connect按鈕，執行Start real-time code，可以看到Scope上的圖形輸出。此時(shí)，可以改變模型的參數（如增益的數值），參數下載后Scope的曲線(xiàn)將隨之改變。仿真時(shí)間結束以后，可以看到產(chǎn)生了一個(gè)external.mat文件，由目標機會(huì )傳到主機，放在Tornado的安裝根目錄下。
圖7 External Mode Control Panel對話(huà)框 4、結論 針對Matlab的仿真特性和VxWorks操作系統的實(shí)時(shí)特點(diǎn)，本文介紹了RTW面向Tornado(VxWorks)實(shí)時(shí)目標的運行結構，并且較為詳細的闡述了Tornado(VxWorks)實(shí)時(shí)目標的具體實(shí)現流程，實(shí)現了Simulink在Tornado(VxWorks)實(shí)時(shí)目標下的仿真。 在結合相關(guān)文檔的同時(shí)，筆者加入了親身實(shí)驗的經(jīng)驗，增補了一些必要的內容，完善了實(shí)驗的具體步驟，降低了為讀者今后實(shí)驗的調試難度。 作者： 田霖 李正熙 童朝南 來(lái)源：微計算機信息 2005 第21卷第8-2期 |
