文档介绍：快速原型作业论文苏光磊
RTW Windows Target与xPC的比较
苏光磊(08S008038)
(机电工程学院机械电子工程, 黑龙江哈尔滨 150001)
摘要:基于实时系统开发环境Real-Time Workshop(实时工作间,简称RTW)技术的特点,分别从实时内核、工作原理、通讯方式分析比较了RTW Windows Target 与xPC各自的特点与优势,在此基础上结合MATLAB/Simulink等软硬件环境,采用两种不同的实时控制方案完成了对一个实例系统的仿真与开发。关键词:实时仿真;RTW Windows target;xPC target;Simulink
随着工业控制的不断发展,被控对象的复杂化,都对计算机测控系统的性能提出了更高的要求,尤其是针对系统的开发周期短、实时性等性能的要求,给基于传统的控制系统设计方法带来很大的挑战。采用快速控制原型的控制系统软件开发过程,可以使得控制系统的世纪和开发、产品控制器的仿真和实时测试变得更加方便易行,大大加快新产品的研制速度,从而研发人员对控制算法及仿真测试方案的研究可进入更高的层次。而实时视窗目标(rtwin)与xPC target是MathWorks公司开发的基于RTW体系框架的实时目标系统产品,可将标准的PC机转变为一个实时系统,来实现快速原型化和硬件在回路中的仿真与测试。本文首先比较了Windows NT与实时操作系统的区别之后,深入地阐述了RTW Windows Target和xPC Target之间的特点和优势,并完成了实时仿真系统的开发过程。
1 通用操作系统与实时操作系统
实时操作体统与通用的操作系统(Windows NT、Unix等)有很大的差别。最常用的操作系统是通用操作系统,通用操作系统是由分时操作系统发展而来,大部分都支持多用户和多进程,负责管理众多的进程并为它们分配系统资源。分时操作系统的基本设计原则是:尽量缩短系统的平均响应时间并提高系统的吞吐率,在单位时间内为尽可能多的用户请求提供服务,这就导致了通用操作系统不能及时响应。
对于实时操作系统,它除了要满足应用的功能需求以外,更重要的是还要满足应用提出的实时性要求,它所遵循的最重要的设计原则是:采用各种算法和策略,始终保证系统行为的可预测性。与通用操作系统不同,实时操作系统注重的不是系统的平均表现,而是要求每个实时任务在最坏情况下都要满足其实时性要求,也就是说,实时操作系统注重的是个体表现,更准确地讲是个体最坏情况表现。另外,在内存管理方面,实时操作系统一般采用如下两种方式: ①在原有虚存管理机制的基础上增加页面锁功能,用户可将关键页面锁定在内存中,从而不会被swap程序将该页面交换出内存。这种方式的优点是既得到了虚存管理机制为软件开发带来的好处,又提高了系统的可预测性。缺点是由于TLB等机制的也是按照注重平均表现的原则进行的,因此系统的可预测性并不能完全得到保障。
②采用静态内存划分的方式,为每个实时任务划分固定的内存区域。这种方式的优点是系统具有较好的可预测性,缺点是灵活性不够好,任务对存储器的需求一旦有变化就需要重新对内存进行划分,此外虚存管理机制所带来的好处也丧失了。
此外,通用操作系统优先级太少、内部定时器的分辨率低,都制约着它在实时性能上的发挥[1]。
2 RTW Windows Target与xPC Target
RTW Windows Target与xPC Target的简介
RTW Windows Target提供了一种基于PC机的,可用于原型化和实时系统测试的实现途径,该目标采用“单机型”框架结构,即将一台PC同时作为宿主机和目标机使用。RTW
Windows Target提供的运行时界面使用户PC机的处理器在运行Windows操作系统的同时,运行该目标创建的实时程序。
xPC Target是一种基于PC机的实时目标环境,它采用了宿主机—目标机的技术实现途径,级“双机”模式,宿主机和目标机可以在不同类型的计算机,其中宿主机用于运行Simulink,而目标机则用于执行所生成的代码,并通过以太网或串口来实现宿主机和目标机之间的通讯。XPC Target提供了一个运行在目标PC机上的高度裁剪的实时操作内核,具有较高的执行效率[2]。
RTW Windows Target与XPC Target的比较
内核的比较
RTW Windows Target使用一个小的实时内核来确保程序的实时运行,实时内核在CPU的RING 0这个级别运行,并把内置PC时钟作为它的主要时间来源。
(1) 计数器中断——实时内核首先从PC时钟获取中断信号,并触发编译模型进入运行状态,这样,实时应用程