本作品為了驗證星務軟件在RT-Thread系統(tǒng)運行的可行性，底層是否能夠驅(qū)動星務軟件，同時擴展RT-Thread應用范圍。ART-Pi作為衛(wèi)星下位機，星務前端用VS2010開發(fā)，兩者之間通過異步串口通信。星務前端發(fā)送遙控指令，ART-Pi能夠正常解析運行，并且能把星務的一些狀態(tài)遙測發(fā)送至星務前端，方便地面人員查看。本作品設計的線程只有星務線程，采集線程，姿控線程，地測線程，F(xiàn)ree線程，正常的衛(wèi)星軟件不止這五個線程，簡化為這五個，涉及到的外設也簡化為只有定時器與異步串口。

開發(fā)環(huán)境

硬件：ART-Pi開發(fā)板

RT-Thread版本：RT-Thread 4.0.2

開發(fā)工具及版本：RT-Thread Studio 1.1.5，Visual Studio 2010

RT-Thread使用情況概述

內(nèi)核部分：線程操作（創(chuàng)建，掛起，刪除），二值信號量

組件部分：軟件定時器，異步串口，

軟件包：無

其他：無

硬件框架

本作品驗證RT-Thread系統(tǒng)，軟件方面應用較多，底層硬件只需要一個ART-Pi開發(fā)板模擬衛(wèi)星系統(tǒng)即可。ART-Pi作為衛(wèi)星下位機，星務前端用一個PC代替即可，硬件框架如圖1所示。

圖1 硬件框架

軟件框架說明

軟件框架如圖2所示，軟件定時器以4Hz頻率給星務線程信號量，星務線程啟動后，檢測其他各個線程的運行狀況，核對線程運行時間，核對軟件狗計數(shù)是否超過閾值，核對運行時間片，當都滿足后，給所有線程信號量。設計的各個線程優(yōu)先級如表1所示，由表可知，星務線程優(yōu)先級最高，會一直運行至等待下一個信號量，依據(jù)RTT線程搶占運行原理，次一級優(yōu)先級線程運行。所以在一個時間片內(nèi)，線程運行順序為，星務線程→采集線程→姿控線程→地測線程→Free線程。圖中的遙測遙控部分在下一章節(jié)“軟件模塊原理”描述。

軟件定時器于整秒處開始運行，定時器間隔為250ms，將0-249ms定義為時間片TASK_ROUNDA，將250-499ms定義為時間片TASK_ROUNDB，將500-749ms定義為時間片TASK_ROUNDC，將750-999ms定義為時間片TASK_ROUNDD。各線程運行時間片如表2所示。

圖2 軟件框架

軟件模塊說明

軟件模塊分為遙控上傳，遙測下傳，星務軟件管理三個部分，遙控上傳流程圖如圖3-a，3-b所示。

圖3-a 遙控流程

圖3-b 遙控流程

1．遙控流程

星務前端依照表3所示的遙控包結構組包，并通過異步串口發(fā)送至ART-Pi串口6，其中類型占用2個字節(jié)，定義如表4所示。

分系統(tǒng)類型：星務線程0x00，請求線程0x01，姿控線程0x02，無0x03.

指令碼：自定義地測線程將串口6FIFO讀空，按照表3結構循環(huán)解析解析遙控指令，直到無可用遙控包，然后將合法遙控包存儲到遙控指令緩存，等待線程來取指令；地測在存儲指令前，查看遙控指令緩存是否有可用空間，有可用空間則將指令存儲，并將標志位置有效狀態(tài)，線程檢測本線程對應的指令在緩沖區(qū)中有有效狀態(tài)指令時，將指令取出，并將標志位置空閑。具體遙控指令說明參考附錄。

2．遙測流程

遙測流程星上程序簡單，地測線程依據(jù)包發(fā)送的時間片，符合本周期則發(fā)送，不符合則丟棄，發(fā)送的數(shù)據(jù)包結構符合表3，包下發(fā)的具體信息請參考附錄。具體解包流程可參考上位機代碼，非本設計詳述部分，故不再贅述。

3.星務軟件管理

星務初始化時，初始化各個線程，初始化硬件等；當星上軟件運行起來時，檢測各個線程狀態(tài)，給合法線程信號量。當前線程共有三種狀態(tài)，即允許運行、線程掛起、線程停止。各個線程的狀態(tài)不僅受到遙控指令控制，還會與星務軟件狗有關，各個線程之間的轉換關系如圖4所示。

圖4 線程狀態(tài)轉換與遙控指令對應關系

圖4中，紅字表示發(fā)送的遙控指令，圓圈內(nèi)表示當前線程狀態(tài)。

星務軟件設計了軟件狗，軟件狗的作用是為了防止線程死循環(huán)，將整個優(yōu)先級之后的的線程同時卡死的問題，具體過程是每次當星務給線程信號量時，此線程對應的軟件狗計數(shù)會累加，當線程運行至線程循環(huán)底部時，會將軟件狗清零；如果在一個周期內(nèi)，程序由于卡死在死循環(huán)或者是任務循環(huán)次數(shù)過大，導致本周期未運行至函數(shù)體底部，則星務會繼續(xù)累計軟件狗，當次數(shù)大于設置值時，依據(jù)設置的方式對線程處理，線程重啟或者是整個操作系統(tǒng)重啟。

演示效果

圖5 星務前端上位機界面1

圖6 星務前端上位機界面2

比賽感悟

本作品較好的實現(xiàn)了原定的目標，在真實情況下，RTT也會有較好表現(xiàn)，擴展了RTT的應用范圍，對其他的類似系統(tǒng)也有很好的借鑒作用；但是作為功能強大的ART-Pi開發(fā)板，真正用到的功能較少，后期可以再開發(fā)一些其他的有意義的應用。

本作品所用的代碼與實際衛(wèi)星使用代碼原理一致而具體不同，有部分借鑒的成分，主要的困難是需要將星務系統(tǒng)底層適配RTT，并且不能照抄原版代碼，一是為了避免涉密，二是為了提高移植的意義，使我對整個衛(wèi)星的軟件框架有了很好的認識，對我本人從事的工作也有很好的促進作用。而且開源衛(wèi)星代碼的原理也讓衛(wèi)星代碼圈子增加一點生態(tài)，也對其將來的發(fā)展有好的促進作用。

原文標題：【RT-Thread開源作品秀】基于RT-Thread的星務平臺研究

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責任編輯：haq