軟件化和網(wǎng)絡(luò )化的基于Linux的雷達終端系統
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3.1.2 余暉模擬
傳統雷達系統中利用長(cháng)余輝管作為PPI顯示器。其優(yōu)點(diǎn)是：目標亮度強、衰減慢；噪聲在顯示器上亮度弱、衰減快。這使目標很突出。如果是運動(dòng)目標，會(huì )產(chǎn)生拖尾效應，使運動(dòng)目標更形象、更容易被發(fā)現。使用普通顯示器，必須提供一種軟件實(shí)現機制模擬余輝。一種方法是：對PPI掃描區域的點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)偽隨機訪(fǎng)問(wèn)，讀出后進(jìn)行衰減再寫(xiě)入。其原理是：按偽隨機序列進(jìn)行遍歷的點(diǎn)可以近似認為是分布均勻的，而當前掃描區域只是占整個(gè)PPI區域的極少部分，所以落入當前掃描區域的偽隨機序列的點(diǎn)數也很少，而遠離當前區域的隨機序列的點(diǎn)數很多，所以平穩后能產(chǎn)生離當前掃描線(xiàn)越遠越暗的余暉效果。
對于半徑512像素點(diǎn)的PPI掃描區域，其外切矩形為1024×1024。用20bit的偽隨機序列的前10bit對應矩形區域的X坐標點(diǎn)，后10bit對應Y坐標點(diǎn)，再去掉圓外面、矩形以?xún)鹊南袼?。PPI每掃描一根半徑線(xiàn)，就循環(huán)讀出一段隨機點(diǎn)，衰減后再寫(xiě)入。每次衰減的點(diǎn)數和幅度可根據需要設置。X和Y坐標的隨機表可以事先生成好，以數據文件的形式存儲在硬盤(pán)中，程序初始化時(shí)一次讀入。
3.1.3 二次信息的分層顯示
廣義的二次信息包括航跡、狀態(tài)監控等所有非一次視頻的信息。在軟件方案中，采用了Overlay功能實(shí)現。目前通用顯卡都支持此功能。
Overlay如同顯示器前一塊透明的切片，如圖6所示。當需要顯示Overlay時(shí)，可同時(shí)看到Overlay部分和Primary Surface沒(méi)有被Overlay遮擋的地方。當不需要顯示Overlay時(shí)，移除Overlay，原來(lái)的Primary Surface內容不變，也就是說(shuō)Primary Surface與Overlay的內容物理上是分開(kāi)的。而是否顯示Overlay，由Primary Surface上像素的顏色來(lái)決定。當Primary Surface上某些區域的像素設為一種特殊的顏色時(shí)，這些區域顯示的就是Overlay上的內容。這種起過(guò)濾作用的顏色稱(chēng)為Color Key。這種顯示機制完全由顯卡的CPU完成，所以當使用Overlay功能時(shí)，程序不會(huì )有明顯的性能損失。不同的顯卡，Color Key可能不一樣。
Overlay有多種模式，最常用的是YV12_OVERLAY，Y:U:V＝4:2:2。本系統采用了這種模式。
YUV Overlay的一個(gè)特點(diǎn)是：適當地固定U、V，可以近似地固定顏色種類(lèi)，改變Y就相當于改變亮度。測試還表明，在Overlay上顯示視頻比在Primary Surface上顯示要少占用CPU資源。相比Primary Surface 上的RGB顯示方式，這些特性很適合于PPI顯示一次視頻。
一次和二次分層顯示的實(shí)現方法是：首先將Primary Surface上位于PPI掃描區域內的所有像素都填上特殊的Color Key，這樣保證在與Primary Surface關(guān)聯(lián)的Overlay上的一次視頻可見(jiàn)；需要顯示二次信息的地方用不同于Color Key的其它顏色填在Primary Surface層上；當不需要顯示二次信息時(shí)，只需在Primary Surface上將原來(lái)的二次信息用Color Key顏色再寫(xiě)一遍即可。
3.2 網(wǎng)絡(luò )化的顯示應用程序框架結構
由于接收網(wǎng)絡(luò )組播的視頻幀包是一種阻塞操作，而GUI程序的主線(xiàn)程不能有阻塞操作，所以網(wǎng)絡(luò )接收部分應該放在子線(xiàn)程或子進(jìn)程中。
系統首先選擇了子線(xiàn)程方式，試驗表明在這種方式下顯示部分不均勻。這是因為CPU調度的對象是進(jìn)程，進(jìn)程內的線(xiàn)程同時(shí)競爭CPU分給該進(jìn)程的時(shí)間片，于是就會(huì )出現在某段時(shí)間內主線(xiàn)程一直占用CPU，另一段時(shí)間網(wǎng)絡(luò )部分的子線(xiàn)程占用CPU。網(wǎng)絡(luò )接收雖然不會(huì )丟包，但是接收速度的不均勻引起了顯示的不均勻。系統又試驗了子進(jìn)程方式，發(fā)現顯示效果有所改觀(guān)，但是改進(jìn)不大。
設想一下，如果有兩個(gè)CPU，并行運行父進(jìn)程和子進(jìn)程，那么整體運行效率就會(huì )有很大程度的提高。因為，CPU幾乎不需要在不同的進(jìn)程之間反復切換了。
系統中選用具有超線(xiàn)程功能的Intel Pentium 4處理器，如果操作系統能夠支持SMP(Symmetric Multiple Processing)，那么一個(gè)CPU相當于兩個(gè)CPU，兩個(gè)進(jìn)程就可以并行處理。實(shí)際上，Linux2.4版本的內核就支持SMP了。系統選擇的內核版本是2.6.8，手工編譯內核，選用SMP功能。用新的內核運行同樣的程序，顯示很平滑，最快顯示速度達到一圈2s以?xún)?，性能得到了明顯提高。Linux內核的靈活定制特性在系統中起關(guān)鍵作用。
圖7是主顯機上網(wǎng)絡(luò )化顯示程序的框架。
兼顧平等，父子進(jìn)程盡量平均分擔負載。Linux有許多實(shí)現進(jìn)程間通信的機制：管道、消息隊列、共享內存等。系統中選擇共享內存方式，因為這是進(jìn)程間通信最快捷的方式?？蚣苤?，二次信息通過(guò)I/O口進(jìn)入主顯機，由于其數據率比較低，所以系統采用定時(shí)的方法進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)更新。
本文論證了基于Linux的軟件化、網(wǎng)絡(luò )化雷達終端系統的實(shí)現可行性，并提出了一套切實(shí)可行的實(shí)現方案，對方案中的關(guān)鍵技術(shù)做了必要的闡述。這套方案的推廣對目前國內雷達終端系統具有革命性的意義。 linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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