实时操作系统的软件结构设计 - 基于DSP的便携式雷达系统

3、基于DSP/BIOSⅡ实时操作系统的软件结构设计

　　使用DSP/BIOSⅡ来做项目的第一步就是模块划分，即把项目所要完成的功能拆分成几个相对独立的线程来完成(可以认为线程在运行时是独占DSP的)，根据线程中使用硬件资源的情况考虑用什么类型的线程来完成。一般来说，用到硬中断的任务放到HWI来完成，用到定时器的任务可以放到PRD(周期任务)中完成。然后是确定线程之间的关系，根据他来设定各个线程的优先级，以及用什么方式通讯和交换数据。旗语是最便于使用的通讯方式。

　　探地雷达信号处理机的信号处理过程：A/D每采来一列数据之后给DSP发一个硬中断信号，每接收到一列数据之后，DSP对这列数据分别进行平均滤波和自适应滤波，同时进行列计数;当列计数到达一帧时，对这一帧图像信号进行小波去噪处理和脉冲压缩，最后根据键盘的设定把图像显示到图形液晶上，并通过USB接口送到PC主机，以便下一步的处理。

　　根据以上的执行过程，整个软件分解为12个独立的任务，其中列中断、USB数据传送这2个模块是HWI(硬中断)类型的任务，键盘模块属于PRD(周期性)任务(完成对键盘定期扫描)，其余模块是SWI(软中断)类型的任务。初始化任务完成对DSP的初始设定后就删除;列中断任务负责给DSP发送列数据来临信息，触发列平均、列自适应任务，完成对一列数据的去噪处理;列计数模块完成对列中断的计数，当到达一帧时，发送帧中断，触发一系列针对帧的数据处理任务;整个软件系统的执行流程如图2所示。

　DSP/BIOSⅡ作为一种商用的操作系统，提供给便于使用的图形配置界面。使用图形界面可以帮助开发者快速开发程序，不必写繁琐的初始化程序，而可以用图形界面配置后让编译器自动生成。比如对于串行口(MCBSP)的设置就需要配置中断源、数据格式、收发频率等十几个寄存器，麻烦而且容易出错，但是如果使用图形界面来设置，一切就容易多了。图形配置界面不仅可以完成对硬件资源的设置，还可以对任务、信号量进行初始化，完成了他，也就完成了使用DSP/BIOSⅡ的第二步工作。完成各个线程程序的编写之后，编译并载入DSP中运行。DSP首先初始化，然后从MAIN()函数跳入任务循环队列，按照优先级执行队列中的任务，而任务一般都是无限循环的，只被特定的信号量挂起。

　　DSP/BIOSⅡ提供了强大的分析调试工具。除了常用的方法之外，CPU负载图和执行图是两种非常有效的方法。CPU负载图提供的是目标CPU的负载曲线。CPU负载的定义是除去执行最低优先级任务以外的时间量。最低优先级任务是只在其他线程都不运行时才执行的任务。因此，CPU负载图包括从目标向主机传送数据和执行附加后台任务所需的时间。在执行图中，可以看到各个线程的活动方式。图形中还包括了信号量的活动，周期性函数标记(tick)和时钟模块标记。执行图能从整体上看到项目所有线程的活动状态。根据调试得到的信息可以评估线程的执行情况和CPU的负荷情况，配合其他调试工具，修改设计直到完成项目的功能需要。

　　CPU负载图反映的是软件系统所需要的性能和CPU实际最大性能的比值，像PC机上性能统计图，如果所需的性能大于DSP的实际性能，就必须修改设计、优化算法、加快时钟频率，甚至更换性能更高的DSP芯片。

　　执行图显示了各个任务执行过程中的细节信息，对于嵌入式应用而言，实时性是非常重要甚至是必须满足的条件，操作系统按很小的间隔进行调度就是力图保证系统响应的实时性。但是在实际中，如果任务分配不好，使得任务不能在调度间隔内完成，就会影响整个系统的实时性，这时，必须对任务划分作合理的修改。比如本系统中对一列数据的去噪处理，原先是等到一帧数据来到后再做的，仿真中发现这样使得一帧间隔内所要执行的任务过多，DSP无法完成，所以将数据的预处理改到每一列去做，保证系统的实时性。

　　4、DSP/BIOSⅡ操作系统使用中要注意的问题

　　(1)很好地使用DSP/BIOSⅡ的关键在于很好地理解操作系统，这有点像算法理论和应用算法的关系。操作系统凝聚了软件领域几十年发展中的精华，有很多概念和结构是需要很深入的理解和思考的，所以，初学者一定得反复看看一些专门讲操作系统的书籍。

　　(2)任务必须写成下面2种形式之一。