基于Crotex-M3及μC/OS-II的自動(dòng)智能防盜窗設(shè)計(jì)
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
智能窗所要完成的功能如下:自動(dòng)智能防盜并能短信通知戶主,監(jiān)控煤氣泄漏,自動(dòng)防風(fēng),自動(dòng)防雨,智能遙控開(kāi)關(guān)窗門(mén)。CPU的選擇是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵所在。本文選用TI(原Luminary Micro公司)生產(chǎn)的Stellaris(群星)系列微控制器LM3S615,并以該芯片為核心搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)。LM3S615是TI公司基于ARM Crotex-M3內(nèi)核的微控制器,具有高性能的32位運(yùn)算能力和低延遲的中斷響應(yīng),在汽車(chē)電子和工控領(lǐng)域有出色的表現(xiàn)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1μC/OS—II的移植
μC/OS—II是一種源碼開(kāi)放、移植性好、可裁減、搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。其中大部分代碼是用ANSIC語(yǔ)言編寫(xiě)的,只有極少部分與處理器密切相關(guān)的代碼需用匯編完成。基于μc/os—II嵌入式操作系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示,它包括應(yīng)用軟件程序、與應(yīng)用軟件相關(guān)的代碼、與處理器無(wú)關(guān)的代碼以及與處理器相關(guān)的代碼。所謂移植就是編寫(xiě)與處理器相關(guān)的代碼,分別是頭文件OS_CPU.H、匯編文件OS_CPU_A.ASM和C語(yǔ)言源文件OS_CPU_C.C。
①在OS_CPU.H中定義相關(guān)的宏,聲明LM3S615能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)類(lèi)型和堆棧增長(zhǎng)方向。
②在OS_CPU_C.C中定義6個(gè)函數(shù):OSTaskStklnit()、OSTaskCreateHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHook()。
③在0S_CPU_A.ASM中修改以下5個(gè)匯編函數(shù):OSENTER_CRITICAL()、0S_EXIT_CRITICAL()、OS_StartHighRdy、OSCtxSw、OSIntCtxSw。
④在主頭文件INCLUDES.H中增加OS_CPU.H、OS_CPU_C.C和0S_CPU_A.ASM。
⑤在配置文件OS_CFG.H中定義最大事件數(shù)、最多內(nèi)存分塊數(shù)、最多消息隊(duì)列數(shù)、最多任務(wù)數(shù)、最低任務(wù)優(yōu)先級(jí)、是否允許信號(hào)量使能、是否允許郵箱使能、是否允許消息隊(duì)列使能、時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)以及其他的一些配置。通過(guò)修改這些設(shè)置,可對(duì)μC/OS—II進(jìn)行裁減,使之適應(yīng)本系統(tǒng)的具體需要。
2.2μC/OS—II下多任務(wù)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)系統(tǒng)的功能模塊,可將整個(gè)系統(tǒng)劃分為幾個(gè)并行存在的任務(wù)來(lái)運(yùn)行,各個(gè)任務(wù)完成相對(duì)獨(dú)立的功能。μC/OS—II是占先式操作系統(tǒng),對(duì)任務(wù)的調(diào)度是按優(yōu)先權(quán)的高低進(jìn)行的,優(yōu)先權(quán)的設(shè)置按照整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)序來(lái)確定,對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行較重要和對(duì)實(shí)時(shí)性要求較嚴(yán)格的任務(wù)設(shè)成較高的優(yōu)先級(jí)。各任務(wù)優(yōu)先級(jí)由高到低依次為:煤氣處理任務(wù)、盜情處理任務(wù)、下雨處理任務(wù)、大風(fēng)處理任務(wù)、紅外遙控任務(wù)、電機(jī)開(kāi)窗任務(wù)、電機(jī)關(guān)窗任務(wù)、短信任務(wù)。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)固定不變。CPU對(duì)大多數(shù)事件的處理都放在任務(wù)中完成,而各個(gè)任務(wù)由對(duì)應(yīng)的信號(hào)量激活。信號(hào)量可以由任務(wù)或外部中斷來(lái)發(fā)送。
(1)任務(wù)建立和資源分配
μC/OS—II是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),所以把系統(tǒng)軟件分割成多個(gè)任務(wù),每個(gè)任務(wù)負(fù)責(zé)完成相應(yīng)的處理工作,系統(tǒng)功能由多個(gè)任務(wù)協(xié)作完成。本系統(tǒng)的任務(wù)分配如表1所列。
(2)主要任務(wù)描述首先建立一個(gè)main()函數(shù),在主函數(shù)中調(diào)用OS-Init()函數(shù)初始化μC/OS-II,然后建立第一個(gè)任務(wù)(起始任務(wù)),最后調(diào)用OS-Start()函數(shù)啟動(dòng)多任務(wù)。在建立主函數(shù)之前必須定義各個(gè)任務(wù)的堆棧、系統(tǒng)的全局變量和相關(guān)宏。主函數(shù)的程序清單如下:
起始任務(wù)是系統(tǒng)建立的第一個(gè)任務(wù),主要有3個(gè)功能:完成對(duì)目標(biāo)板的初始化(主要是定時(shí)器、外部中斷和串行口的初始化),建立系統(tǒng)所要用到的信號(hào)量,建立系統(tǒng)的其他任務(wù)。起始任務(wù)部分程序清單如下:
在電機(jī)開(kāi)窗任務(wù)中首先等待信號(hào)量sem_open。該信號(hào)量是由煤氣處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)發(fā)送的。如果電機(jī)開(kāi)窗任務(wù)得到該信號(hào)量,程序就設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向,并控制PWM送出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖,直到窗戶被打開(kāi)。
電機(jī)關(guān)窗任務(wù)必須等到信號(hào)量sem_clOSe有效時(shí)才會(huì)被激活。信號(hào)量sam_close由盜情處理任務(wù)、下雨處理任務(wù)、大風(fēng)處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)發(fā)送。
短信任務(wù)則要得到盜情處理任務(wù)發(fā)出的信號(hào)量sam_dq時(shí)被激活。系統(tǒng)采用門(mén)磁傳感器作為人室盜竊報(bào)警信號(hào)發(fā)生器。當(dāng)窗戶被打開(kāi)時(shí),門(mén)磁的開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化,信號(hào)被發(fā)送到微處理器。微處理器檢測(cè)到信號(hào)輸入、控制GPRS模塊發(fā)送中文報(bào)警信息給戶主手機(jī),戶主可根據(jù)短信及時(shí)報(bào)警,避免造成更大的損失。
3小結(jié)
完成了基于32位ARM微處理器LM3S615和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/os—II的嵌入式智能窗的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),并為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了一種解決方案。μc/os—II作為一個(gè)優(yōu)秀的RTOS已經(jīng)被成功移植到多種體系結(jié)構(gòu)的微處理器上。將其移植到ARM平臺(tái)上能夠更深刻地理解RTOS的構(gòu)造,加快應(yīng)用和開(kāi)發(fā)。把μC/OS—II引入到智能窗控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中,使軟件的開(kāi)發(fā)更具層次性,開(kāi)發(fā)效率更高,系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)時(shí)性更強(qiáng),也更容易擴(kuò)展。
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