智能保密柜嵌入式控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
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Linux操作系統(tǒng)則每隔一定時間掛起進(jìn)程，同時系統(tǒng)產(chǎn)生快速和周期性的時鐘計時中斷，通過調(diào)度函數(shù)決定調(diào)用的進(jìn)程。Linux操作系統(tǒng)每個進(jìn)程的task_struct結(jié)構(gòu)中有調(diào)度策略、靜態(tài)優(yōu)先級、動態(tài)優(yōu)先級、時間片、實時優(yōu)先級等5個參數(shù)，Linux根據(jù)調(diào)度策略區(qū)分實時進(jìn)程和普通進(jìn)程，實時進(jìn)程優(yōu)先于普通進(jìn)程運行。Linux操作系統(tǒng)對于同一類型的不同進(jìn)程，采用不同的標(biāo)準(zhǔn)來選擇進(jìn)程：
①普通進(jìn)程調(diào)度。當(dāng)調(diào)度策略的值為SCHED_OTHER時，為普通用戶進(jìn)程，Linux采用動態(tài)優(yōu)先調(diào)度標(biāo)準(zhǔn)，選擇進(jìn)程的依據(jù)是進(jìn)程time_sli-ce的值。
②實時進(jìn)程調(diào)度。對手實時進(jìn)程，Linux采用了兩種調(diào)度策略，即先來先服務(wù)調(diào)度和時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。當(dāng)調(diào)度策略的值為SCHED_FIFO時，選用先來先服務(wù)調(diào)度規(guī)則。當(dāng)調(diào)度策略的值為SCHED_RR時，選用時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度規(guī)則，即時間片用完則釋放CPU，進(jìn)程排到等待隊列末尾。
(2)文件系統(tǒng)
文件系統(tǒng)負(fù)責(zé)存取和管理文件信息。在嵌入式系統(tǒng)里，常見的文件系統(tǒng)有YAFFS，JFFS2，CramFS，RamFS，Ramdisk等。
μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)本身沒有對文件系統(tǒng)的支持，雖然μC／OS-Ⅱ具有良好的擴(kuò)展性能，如果需要也可自行擴(kuò)展對文件系統(tǒng)的支持，但畢竟會增加開發(fā)工作量。
Linux操作系統(tǒng)則具有完善的文件系統(tǒng)，并且具有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，可以方便地支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)且內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議，這為Linux開發(fā)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備提供了便利。
(3)操作系統(tǒng)的移植
嵌入式操作系統(tǒng)必須經(jīng)過移植才能夠在不同的微處理器上運行。μC／OS-Ⅱ和Linux都提供了開源代碼，其結(jié)構(gòu)化設(shè)計也便于裁剪，所以它們都能夠移植到新的處理器平臺。
①μC／OS-Ⅱ的移植。移植μC／OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，目標(biāo)處理器必須滿足以下要求：處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入代碼，且用C語言就可以打開和關(guān)閉中斷；處理器有足夠的存儲容量作為多任務(wù)環(huán)境下的任務(wù)堆棧；處理器具備將堆棧指針和寄存器讀出和存儲到堆?；騼?nèi)存中的指令。所以μC／OS-Ⅱ的移植只需根據(jù)以上要求修改不同處理器之間的相關(guān)代碼。
②Linux的移植。
首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化：關(guān)閉Watchdog，改變系統(tǒng)時鐘，初始化存儲控制器，將操作系統(tǒng)內(nèi)核復(fù)制到內(nèi)存中。這一系列操作稱作BootLoa-der，通常移植U-boot來實現(xiàn)BootLoader的功能；其次進(jìn)行Linux內(nèi)核移植：下載內(nèi)核源代碼，對內(nèi)核進(jìn)行裁剪配置，編譯內(nèi)核生成鏡像文件，下載到目標(biāo)板；最后進(jìn)行文件系統(tǒng)的移植：生成根文件系統(tǒng)目錄，移植Busybox，生成鏡像文件，下載到目標(biāo)板。綜上所述，μC／OS-Ⅱ和Linux二者都具有開源碼和滿足較高的實時性要求。μC／OS-Ⅱ是一種結(jié)構(gòu)小巧的實時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能，最小內(nèi)核可編譯至2 kB，全部功能編譯后內(nèi)核也僅占6～10 KB。雖然μC／OS-Ⅱ執(zhí)行效率高，占用空間小，實時性能優(yōu)良，可擴(kuò)展性能強(qiáng)，但μC／OS-Ⅱ系統(tǒng)缺少對文件系統(tǒng)的支持，所以μC／OS-Ⅱ適用于存儲資源比較有限的應(yīng)用場合和小的控制系統(tǒng)。然而Linux具有多任務(wù)、可定制內(nèi)核、完善的網(wǎng)絡(luò)通信、圖形及文件管理機(jī)制，可支持大量的外圍硬件設(shè)備等功能，其性能高效穩(wěn)定，開發(fā)及移植環(huán)境良好。鑒于該系統(tǒng)需完成多種任務(wù)控制和文件管理，且存儲資源充裕，也考慮到以后的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，所以選用了Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)。
2．2 任務(wù)層
基于Linux操作系統(tǒng)管理的應(yīng)用程序，首先根據(jù)系統(tǒng)功能劃分出相對獨立的子功能模塊，每個模塊作為一個任務(wù)，每個任務(wù)又由若干子任務(wù)構(gòu)成，任務(wù)之間的調(diào)度由Linux內(nèi)核調(diào)度程序決定。該系統(tǒng)劃分的任務(wù)包括：
①讀／寫UART0任務(wù)。主要負(fù)責(zé)與上位PC進(jìn)行交互，解析并執(zhí)行上位PC發(fā)來的控制命令，將執(zhí)行后的結(jié)果返回給上位PC。
②讀／寫UART1攝像頭任務(wù)。在使用者輸入指紋時，選通指紋儀接收指紋數(shù)據(jù)，激活攝像頭，對使用者進(jìn)行拍照，在柜門關(guān)閉后選通RFID讀寫器，采集柜內(nèi)文件ID信息，比對上次信息，從而得到此次操作后該使用者借出與歸還物品的信息。
③記錄任務(wù)。當(dāng)UART1任務(wù)結(jié)束RFID讀寫器的采集任務(wù)后，該任務(wù)將使用者指紋信息、開關(guān)柜門時間、使用者頭像和借出與歸還文件ID等信息予以存儲。
④開關(guān)柜門任務(wù)。識別指紋數(shù)據(jù)之后，將指紋數(shù)據(jù)與授權(quán)指紋庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，匹配成功則執(zhí)行開鎖操作。
⑤報警任務(wù)。循環(huán)檢測振動傳感器，如果發(fā)現(xiàn)異常振動，將啟動報警器。
編寫好這些任務(wù)的代碼，啟動操作系統(tǒng)，則應(yīng)用程序開始運行。若要擴(kuò)展其他功能，只需增加相應(yīng)的任務(wù)即可。
3 結(jié)語
該系統(tǒng)基于高性能ARM Atmel 9260控制器設(shè)計，并實現(xiàn)了一個嵌入式智能保密柜。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)滿足了用戶的保密需求，具有實時處理能力，功能擴(kuò)展方便，所選用的Linux多任務(wù)實時操作系統(tǒng)在進(jìn)程調(diào)度、文件系統(tǒng)管理等方面提供了很好的支持。下一步的工作將考慮采用基于TCP／IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信方式，在管理中心使用一臺上位PC集中對遠(yuǎn)程的多臺智能保密柜進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/150880.htm linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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