面向微小卫星的实时操作系统的裁剪研究

摘要

现代微小卫星的技术特点是集成化,自主化程度高。小卫星在太空中自主运行都是由星务管理软件驱动星载硬件来实现的。由于整个小卫星系统功能复杂,因此星务管理软件比较复杂,且实时性要求高,需要引入实时操作系统对星务管理软件进行管理,满足实时运行。但是由于空间环境的复杂恶劣以及小卫星本身特点其存储资源非常的稀缺,必须对引入的实时操作系统进行裁剪,使其不但满足功能需求,而且存储占用空间最小。
　　为了对本课题引入的vxworks实时操作系统进行裁剪,必须对实时操作系统管理任务的一般原理,以及本身的运行原理,结构和特性有深入的理解。本文首先全面分析了一个开源实时操作系统的这些内容:任务管理,调度器,时钟以及同步通信机制。并分析了这个开源实时操作系统的裁剪方式。
　　实时操作系统裁剪之后必须满足星务管理软件的功能需求,因此本文对星务管理软件的设计及其各个任务模块进行详细分析,并研究了实时操作系统使用哪些系统功能对星务管理软件进行管理,裁剪vxworks实时操作系统需要保留这些系统功能。
　　然后重点研究了vxworks操作系统的组件裁剪技术,研究了每一个组件所包含的系统功能,以及组件的依赖关系。进而将vxworks操作系统裁剪为一个最小系统。然后搭建了实验平台并针对这些裁剪工作设计了一些程序,验证了最小系统能够稳定的提供其所包含的任务管理,消息队列,信号量等系统调用功能。然后依据本课题小卫星的星务管理软件的需求和掌握的裁剪经验,将 vxworks裁剪为一个功能满足,且系统代码量最小的稳定系统。
　　本文的研究成果已经在某型号微小卫星上取得了应用,目前星务管理软件和操作系统的整合映像性能在实验,测试当中均正常,达到预期要求,小卫星已转入初样阶段。
　　本文的研究工作不但适合于小卫星的操作系统裁剪,而且适用于任何需要裁剪实时操作系统的嵌入式系统领域。

目录

面向微小卫星的实时操作系统的裁剪研究

THE SCALING RESEARCH OF REAL-TIME OPERATING SYSTEM FOR MICRO-SATELLITE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1课题的来源及研究目的和意义

1.1 现代小卫星的技术发展情况

1.2 实时操作系统的应用领域

1.3 国内外卫星使用操作系统的现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 开源实时操作系统的裁剪研究

2.1引言

2.2 引入实时操作系统的必要性

2.3 实时多任务应用软件的原理

2.4 UCOSII核心功能

2.4.1 任务管理功能

2.4.2 调度器功能

2.4.3 时钟功能

2.5 UCOSII的通信和同步功能

2.6 其他操作系统功能

2.7实时操作系统UCOSII的裁剪方法

2.8 本章小结

第3章 卫星星务管理软件开发

3.1引言

3.2 小卫星的硬件系统分析

3.3 星务管理软件所要实现的功能

3.4 星务管理软件任务的划分

3.5星务管理软件结构

3.6 星务管理软件各任务设计与运行分析

3.6.1 根任务模块

3.6.2 遥控指令接收任务模块

3.6.3 遥测数据帧发送任务模块

3.6.4 GPS数据接收任务模块

3.6.5 主控任务模块

3.6.6 辅助测试数据发送任务模块

3.6.7 空闲任务模块

3.6.8 中断服务程序

3.7 本章小结

第4章 星载实时操作系统的裁剪分析

4.1 引言

4.2 vxworks组件的功能分析

4.3 vxworks的裁剪方法

4.3.1 vxworks的组件技术

4.3.2 vxworks的组件依赖关系

4.3.3 vxworks的最小系统

4.4 针对星务管理软件的裁剪

4.5 深入裁剪分析与展望

4.6 本章小结

第5章 实验平台的搭建与裁剪验证

5.1引言

5.2 vxworks的映像

5.3 vxworks映像的启动过程分析

5.4 实验平台的搭建

5.5 验证最小系统的功能

5.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢