基于μCOS-II的无人机飞行控制软件设计与开发.pdf

南京航空航天大学
硕士学位论文
基于μC/OS-II的无人机飞行控制软件设计与开发
姓名:潘小亮
申请学位级别:硕士
专业:导航、制导与控制
指导教师:黄一敏
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
随着无人机飞行控制系统功能越来越复杂,无人机飞行控制软件性能要求也越来越高。课
题正是在这个研究背景和实际工程项目需求下提出的,本文采用了新思路设计开发无人机飞行
控制软件。机载飞行控制软件在飞行控制计算机上开发底层运行环境和功能服务模块,而核心
的控制功能模块在等效飞行控制软件中设计开发,控制功能模块设计完成后无需任何移植直接
等效到机载飞行控制软件中,最终形成完整的机载飞行控制软件。
首先,在 MPC555 处理器的飞行控制计算机设计开发了机载飞行控制软件的底层运行环境
和功能服务模块。完成了µC/OS-II 实时操作系统在 MPC555 处理器上的移植,开发了飞行控制
计算机的 Flash 读写、实时时钟存储读写驱动、看门狗驱动、模拟量驱动、离散量驱动以及串
口通信驱动等。同时在已建立的底层运行环境上,对机载飞行控制软件进行任务划分和优先级
分配,详细设计了各个功能服务模块的任务,通过共享数据结构和信号量解决了各个任务之间
可靠数据通信。
其次,根据等效飞行控制软件的设计思想在 Windows XP 平台下利用μC/OS-II 实时操作系
统设计开发等效飞行控制软件,着重阐述了控制功能模块各个任务设计过程,以及解决了与等
效仿真控制台之间的数据通信问题。并在等效仿真环境中对开发设计的控制功能模块进行仿真
验证和优化工作。
最后,对已开发完成的机载飞行控制软件进行性能测试,并在半物理实时仿真系统中对所
设计的机载飞行控制软件进行全面的仿真验证。实验结果表明了所设计的飞行控制软件结构、
逻辑以及控制策略是合理的,也证明了采用等效飞行控制软件设计开发和验证控制功能模块的
方法是可行的。



关键词:无人机,µC/OS-II,MPC555 处理器,机载飞行控制软件,等效飞行控制软件
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基于μC/OS-Ⅱ的无人机飞行控制软件设计与开发
Abstract
With plex flight control system functions of the UAV, the performance flight
control software has e increasingly demanding. This article, which is written in this background
and the actual project demand, proposed designing the flight control software of UAV based on the
real time operation system μC/OS-II. This paper presented a new approach to design flight control
software. Embedded flight control software developed operating environment and of service function
modules in the flight puter. But control module was designed and developed in the
equivalent flight control software. It directly transferred in embedded flight control software without
any modification. It simplified verification process of the control function module.
Firstly, embedded flight control software of operating environment and service function modules
designed and developed in flight puter. pleted the transplant in the MPC555 CPU,
and developed the Flash driver, RTC driver, watchdog driver, analog driver, discrete driver and serial
communi