采用CPLD與μC/OS -Ⅱ的斷路器智能控制單元設(shè)計

　　優(yōu)先級最高的是開始任務(wù)(TaskStart)，這是系統(tǒng)啟動后運行的第1個任務(wù)。在該任務(wù)中要完成系統(tǒng)及相關(guān)外設(shè)的初始化，并進(jìn)行必要的自檢測，然后創(chuàng)建其余的各個任務(wù)。在完成其余各個任務(wù)創(chuàng)建之后，該任務(wù)要刪除自己，把系統(tǒng)資源讓給其他任務(wù)，整個系統(tǒng)開始正常運行。該任務(wù)的示意代碼如下：

　　/*系統(tǒng)及外設(shè)初始化*/

　　/*系統(tǒng)自檢測*/

　　/*創(chuàng)建各個任務(wù)*/

　　StartCpuTimer2();/*啟動時間片*/

　　OSStatInit();/*統(tǒng)計任務(wù)初始化*/

　　創(chuàng)建智能控制單元的各個應(yīng)用任務(wù);

　　KickDog();/*WatchDog復(fù)位*/

　　OSTaskdel(OS_PRIO_SELF);/*刪除開始任務(wù)*/

　　除了TaskStart()之外，其余各任務(wù)模塊的結(jié)構(gòu)都是無限循環(huán)體，圖3給出了一般任務(wù)流程圖。

　　圖3 任務(wù)流程圖

　　任務(wù)通信與同步

　　μC/OS-Ⅱ提供了5種用于數(shù)據(jù)共享和任務(wù)通信的方法：信號量、郵箱、消息隊列、事件標(biāo)志及互斥型信號量。信號量可以控制共享資源的使用權(quán)，也可以協(xié)調(diào)外部事件與任務(wù)的執(zhí)行，提供了任務(wù)間通信、同步和互斥的最快通信，μC/OS-Ⅱ提供了3種類型的信號量，即二進(jìn)制型、計數(shù)型和互斥型。事件標(biāo)志可使任務(wù)與多個事件同步，若與多個事件的任何一個同步，稱為獨立型同步;若與多個事件都同步，稱之為關(guān)聯(lián)型同步。郵箱是一種通信機(jī)制，它可以發(fā)送一個指針型的變量，該指針指向一個包含了特定消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。消息隊列是另一種通信機(jī)制，它可以使一個任務(wù)或中斷服務(wù)子程序向另一個任務(wù)發(fā)送以指針定義的變量，具體應(yīng)用不同，每個指針指向的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也不同。互斥型信號量是一種特殊的二進(jìn)制型信號量，主要用于解決內(nèi)在的互斥問題，減少實際應(yīng)用中所必需的優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)。在設(shè)計智能控制單元軟件時，充分利用了μC/OS-Ⅱ提供的這些通信機(jī)制，以協(xié)調(diào)各獨立任務(wù)的運行。

　　通信協(xié)議的實現(xiàn)

　　F2812提供了標(biāo)準(zhǔn)的CAN2.0B總線協(xié)議，而此協(xié)議是一種物理層協(xié)議，因為該智能控制單元用于電力系統(tǒng)控制中，電力系統(tǒng)通用的應(yīng)用層協(xié)議主要有CDT，MODBUS，DNP3.0等，在本設(shè)計的過程中應(yīng)用層的協(xié)議將采用MODBUS協(xié)議，通信協(xié)議的實現(xiàn)比較復(fù)雜，但是由于采用了實時操作系統(tǒng)，通信協(xié)議的實現(xiàn)可以由操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理，主要由數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送、打包、解包任務(wù)完成。

　　總結(jié)

　　a.設(shè)計中使用具有多外設(shè)的新型高性能DSPTMS320F2812芯片，大大減少了系統(tǒng)硬件設(shè)計的工作量，縮短了開發(fā)周期。設(shè)計中采用了DSP最小系統(tǒng)與調(diào)理電路分開設(shè)計的方法，并且在DSP最小系統(tǒng)設(shè)計中采用多層板結(jié)構(gòu)，并大量使用了貼片元件，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及電磁兼容性。

　　b.作為基于優(yōu)先級調(diào)度的嵌入式操作系統(tǒng)， 任務(wù)優(yōu)先級的合理分配對系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要。在本設(shè)計中，對任務(wù)優(yōu)先級的分配首先考慮是滿足系統(tǒng)實時性，其次在同等條件下再考慮任務(wù)的執(zhí)行頻度，通過反復(fù)調(diào)整，最終確定優(yōu)先級的分配表1。

　　c.本課題利用了基于CPLD的執(zhí)行電路設(shè)計，由于CPLD的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)的可靠性及快速的反應(yīng)，非常適合電力系統(tǒng)控制，因此采用全CPLD(或ACTELFPGA)應(yīng)是一個研究方向。

　　d.F2812作為TI公司推出的2000系列的新成員，目前在國內(nèi)的開發(fā)和設(shè)計還處于摸索階段，本文中所提出的基于TMS320F2812+μC/OS-Ⅱ的系統(tǒng)設(shè)計思想會對F2812的學(xué)習(xí)和使用起到一定的促進(jìn)作用。