基于RTLinux的硬X射线调制望远镜

0　引言

硬X射线调制望远镜HXMT(Hard X-ray Modulation Telescope)的研究属于国家重点基础研究发展规划项目之一的天体高能辐射的空间观测与研究。它是基于我国学者李惕碚和吴枚创建的直接解调方法,对硬X射线能区(10～300keV)进行高灵敏度和角分辨率的巡天和定点观测,将填补硬X射线高灵敏巡天观测的空白。

设计中,HXMT将作为卫星的有效载荷在天空中工作长达两年。其观测数据将在经过我国上空时下传给地面监测站,地面也将对其发出一定指令进行遥控。

按照功能的不同,HXMT电子学分系统由探头电子学、探测器飞行标定电子学、荷电粒子屏蔽电子学、物理数据采集、工程数据采集和数据管理系统等构成。

其中数据管理系统位于电子学系统的中枢位置,它管理电子学系统的其他部分,完成物理数据及工程数据读取整理并通过1553B总线存储到卫星平台,接受卫星平台指令控制,接收GPS和星场相机信息,完成南大西洋异常区的判断及前端电子学控制等。

由于HXMT电子学系统工作在外太空环境,干扰因素多,所以对数据管理系统的稳定性有很高的要求;另外,数据管理系统要完成的功能较多,且各部分功能要求数据管理系统在尽可能短的时间内做出响应处理,所以,实时性要求很高。

在空间项目中采用实时多任务操作系统在发达国家已很普遍。近年来,脱胎于Linux的实时多任务操作系统RTLinux以其优异的性能引起了工业界、航空航天界的广泛注意,并在这些领域得到了成功的应用[1～4]。

根据数据管理系统的功能要求和空间项目系统设计国内外发展趋势,本文基于RTLinux完成了数据管理系统的设计,并介绍系统的软硬件结构和实现技术。

1　RTLinux的系统结构

RTLinux(Real Time Linux)来源于目前蓬勃发展的开放源代码的操作系统Linux。Linux稳定,功能强大,但在系统调度设计上采用时间片轮转方法,实时性能不好。RTLinux对Linux内核进行了巧妙的修改,使其在具有良好实时性的同时,跟上了Linux不断改进的内核开发。RTLinux对Linux的内核代码中sti()、cli()和iret()进行了修改,使得实时内核处于标准的Linux底层,对所有中断进行初始化处理。如果中断是由实时任务产生的,则由实时内核处理,否则由非实时的标准Linux内核处理。这样,实时任务成了优先级最高的任务,Linux内核就作为一个优先级最低的任务运行,即在实时任务存在的情况下运行实时任务,否则才运行Linux本身的任务,见图1[5]。

实时任务不同于Linux普通进程,它是以Linux的内核模块(Linux Loadable KernelModule, LKM)的形式存在的。需要运行实时任务的时候,将这个实时任务的内核模块插入到内核中去。实时任务和实时任务之间以及实时任务和Linux普通进程之间的通信通过共享内存或者FIFO管理来实现。RTLinux更详细的实现机制。参见文献[6]。由于RTLinux巧妙设计,使它既具有Linux的强大功能,又具有良好的实时性能。典型中断响应时间15μs。在486/33MHz下,其最大中断延迟30μs以下。