基于RTOS的无人机发动机数控系统软件设计

　　3.2.3 通讯模块

　　通讯模块包括双机UDP网络通讯模块和与飞控的RS422串行通讯模块。

　　双机UDP网络通讯使用了客户端一服务器模式进行Socket通讯，服务器与客户端的实现方法基本一致。在VxWorks下，利用多任务的方法，设计的通讯程序包括以下8个任务：初始化(Init)、连结接受(Accept)、连结监控(Acp—Watch)、消息发送(Send)、消息接收(Recv)、发送定时(SendTimer)、消息定时发送(SendOnTime)、网络监控(NetWatch)。

　　电子控制器与飞控系统通过RS422进行串行通讯，接收来自飞控系统的控制指令和飞行状态参数，同时向飞控系统传输发动机当前工作参数。RS422通讯波特率为9600，采用一个起始位，一个停止位，在Vxworks下通过调用系统相应的串口打开函数open()、串口关闭函数close()、串口读函数read()和write()以及I／0口的控制操作函数ioctl()来完成串口操作与数据传输。

　　3.2.4 发动机控制软件模块

　　发动机控制软件模块如图5所示。控制软件是控制系统的核心，控制系统通过控制软件完成复杂的控制规律的计算，实现对发动机的控制。控制器在接收到由传感器采集到的发动机转速和T4温度后进行计算处理，依据飞控指令，基于信号量机制，调度某一发动机控制任务(执行机构的主燃油控制，I／O模块的驱动输出控制，地面启动控制，空中启动控制，发动机油封，发动机冷运转)，输出控制参数的计算结果和开关量，同时进行数据监控处理。其中发动机燃油控制规律为：

图5发动机控制软件模块 

　　3.2.5 系统管理软件模块

　　系统管理软件模块包括软件启动、任务调度和任务执行。启动包括操作系统加载、硬件自检、软件初始化等操作。启动过程流程如图6所示。

图6启动流程图 

　　启动成功后发起发动机控制任务，控制软件流程如图7所示。

图7控制软件流程图 

　　3.3 电子控制器任务调度策略与管理

　　VxWorks基于优先级的抢占式任务调度策略，每隔一定的时间便进行周期同步校准及20ms采样的输入输出任务刷新。为了避免任务优先级逆转，系统采用了优先级继承算法。

　　高优先级的任务之间以及低优先级的任务之间通过信号量进行通信。系统启动之后，引导操作系统等后台任务，然后进行同步操作任务，接着通过信号量机制出发高优先级的输入数据任务，若系统出错，则高优先级任务堵塞，启动系统重构或者故障诊断等低优先级任务。同样，当输出数据比较结果不一致时，亦必须调用系统内故障诊断及通道故障逻辑等任务。

4 系统试验验证

　　系统软件调试完毕，与电子控制器硬件结合进行某发动机数控试车验证。试验中控制器指令与发动机工作数据通过试车实时监控软件(图8)记录。

图8发动机试车监控软件界面 

　　试车监控记录发动机各工作参数，其中图9～10为发动机从起动一慢车一额定一最大一额定一停车的一个完整试车过程转速与T4温度试验结果。

　　多次试验结果证明，记录的数据与与要求的试车过程吻合，电子控制系统工作可靠，可实现改型发动机电控试车，满足无人机对发动机的电子控制要求。

5 结论

　　以某无人机用单轴喷气发动机数控系统研制为背景，采用自行设计的486级PC／104架构双余度硬件，重点进行基于嵌入式操作系统VxWorks的电子控制器系统软件设计，将系统软件划分为多个任务，基于优先级的调度算法，CPU将运行时间分配给不同的任务，形成宏观上多任务并发进行的效果，在已有的电子控制器硬件平台上，保证程序任务实现实时运行。软硬件系统结合装机并进行发动机台架试验验证，多次试验表明，所设计的实时控制软件与电子控制器配合良好，能实现发动机电子控制。该软件系统能对发动机控制任务进行可靠的管理和调度。