gps接收机软件调度方法及性能分析及测试

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1、万方数据GPS接收机软件调度方法与性能分析及测试郭瑶，罗兵，唐康华，何晓峰，罗勇(国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073)摘要：基于Ahera公司的现场可编程门陈列(FPGA)实现了GPS的L1频点基带相关处理，多任务操作系统(eCos)实现了软件各个功能模块的调度。本文设计了两种线程执行时间开销测试方法，并进行了相互验证。分析了基于多任务与单任务操作系统情况下各自的软件调度模型及不同调度模型对CPU利用效率以及输出更新率的影响。实测数据表明：当伪距输出频率为lOHz，定位解算输出频率为5Hz，可见卫星为5颗的情

2、况下，相对于单任务操作系统的接收祝，设计实现的基于多任务操作系统的接收机处理效率提高了约1．2倍。关键词：GPS接收机软件；多任务调度；eCos操作系统；性能分析中图分类号：P228．4文献标志码：A文章编号：1008—9268(2011)02一O009—060引言扩展任务模块或提高算法复杂度。提高解算精度、误差抑制、抗干扰、高动态环境应用以及外部传感器信息辅助为现阶段高精度GPS接收机的主要研究热点[1q]。导航精度要求的提高和导航任务模块的增加将导致接收机软件的复杂化。然而目前已广泛应用的GPS接收机大多在单任务操作系统平台

3、实现，在一定的系统资源下，不能充分扩展任务模块或提高算法复杂度。多任务实时调度系统是提高实时性的重要可靠的平台，多任务实时调度接收机概念的提出为接收机资源配置的优化和开发效率的提高提供更优的平台。国外已有研究机构将其应用于GPS接收机算法优化等工作[4-5]。GPS接收机软件主要实现基带相关器的环路控制与导航计算等功能，其调度方法对CPU的利用效率以及输出更新率等影响很大。通过对GPS接收机软件各任务模块进行时序分析，成功将其应用于多任务操作系统平台。通过将其与传统单任务接收机进行对比，结果表明，本文设计的给予多任务平台的接收机

4、可合理调度各项软件任务模块，大幅提高CPU利用效率，在相同系统资源下，可收稿日期：2010—12-22联系入l郭瑶E-mail：guo_y(孕yahoo．cn1多任务调度系统任务时序分析方法多任务实时操作系统可在确定的时间执行其功能，并对外部的异步事件做出响应。它允许几个实时应用作为一系列独立任务来运行，各任务有各自的线程和为其分配的系统资源，其首要任务就是任务的实时处理，对于硬件中断的处理限制在一定的时间内卟]。现阶段广泛应用的多任务实时操作系统有如vxworks、UCOS、eCos、nuclesplus等。其中，嵌入式可配置

5、定时操作系统(embeddedeonfig-urableoperatingsystem，eCos)是一个源码公开、功能完备和完全免费的嵌入式实时操作系统，其提供实时嵌入式应用所需的基本运行基件只占用几十kb或者几百kb的内存空间。多任务实时系统的调度，是在已知各线程的执行时间、线程的执行周期的基础上，安排线程间的调度关系，使其满足系统的资源配置。嵌入式实时调度器的主要任务是满足所有实时任务的时间要求。下面介绍多任务操作系统下的各任务时序分析方法。·9·万方数据1．1多任务调度系统时序分析内容多任务调度系统的任务有周期任务和非周期

6、任务两种，可使用执行周期和执行时间两个参数来描述周期任务。线程的执行周期为线程获得唤醒信号，开始执行，执行完毕后结束执行，直到下次开线程始执行的时间间隔。线程的执行时间为在一个执行周期内实际占用系统资源的总时间。下面用由三个任务构成的周期任务集来说明线程时序的分析方法，如图l所示。重I霾薹l薹憨匡I-lI●I羁葑-lI阂溺豳圈阂圈图1三个线程周期任务集调度图示图1中，线程1、2、3均为周期任务，优先级为由高至低。线程1(左斜线)执行周期为5，执行时间为1；线程2(右斜线)执行周期为10，执行时间为l；线程3(方格线)执行周期为l

7、O，执行时间为4．5．线程3执行过程中被线程1中断悬置，待线程1执行完毕后恢复。线程3在每个周期执行完毕后，系统都有一定的空闲时间。周期线程的时序分析对于合理安排各线程间的调度而言，是最基本的步骤。时序分析主要有三个部分：1)测试线程的执行时间2)测试线程的执行周期3)分析线程的调度关系线程的时序分析的作用是分析已构建好的多线程任务中线程的执行情况，对资源利用率的提高程度和任务功能的扩展空间提供必要的参数依据。处理器资源占用率的表达式如下[5]：§G甜一厶Fi叠1Ji(1)式中：U为处理器的资源占用率；下标i为线程序号；n为线程

8、总数；ci为任务i的执行时间；t为任务i的执行周期。在周期任务中，每个线程的周期是给定的，而执行时间随着芯片主频的降低而增加。故如果芯片的主频降低，则执行时同会增大，从而系统的利用率增加。由系统利用率最大为1，可以估计系统运行所需的最小主频。多任务模块采用的算法