基于μC／OS-II的智能窗系統(tǒng)設計

摘要 隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適性和安全性的需求越來越強烈。智能窗將被越來越多地應用到現(xiàn)代智能化建筑中，它將提供給住戶一個安全、方便的環(huán)境。本文選用LM3S615微控制器芯片和實時操作系統(tǒng)μC／OS-II設計了嵌入式智能窗系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞 ARMμC／OS-II智能窗

1 系統(tǒng)硬件設計
智能窗所要完成的功能如下：自動智能防盜并能短信通知戶主，監(jiān)控煤氣泄漏，自動防風，自動防雨，智能遙控開關(guān)窗門。CPU的選擇是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵所在。本文選用Luminary Micro(流明諾瑞)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。LM3S615是Luminary公司首款基于ARM Crotex―M3內(nèi)核的微控制器，具有高性能的32位運算能力和低延遲的中斷響應，在汽車電子和工控領域有出色的表現(xiàn)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件設計
2．1 μc／os―II的移植
μC／OS―II是一種源碼開放、移植性好、可裁減、搶占式的實時多任務操作系統(tǒng)內(nèi)核。其中大部分代碼是用ANSI C語言編寫的，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，它包括應用軟件程序、與應用軟件相關(guān)的代碼、與處理器無關(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能夠識別的數(shù)據(jù)類型和堆棧增長方向。
②在OS_CPU_C. C中定義6個函數(shù)：OSTaskStklnit()、OSTaskCreateHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHook()。
③在0S_CPU_A．ASM中修改以下5個匯編函數(shù)：OS ENTER_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)、最多消息隊列數(shù)、最多任務數(shù)、最低任務優(yōu)先級、是否允許信號量使能、是否允許郵箱使能、是否允許消息隊列使能、時鐘節(jié)拍數(shù)以及其他的一些配置。通過修改這些設置，可對μC／OS―II進行裁減，使之適應本系統(tǒng)的具體需要。
2．2 μC／OS―II下多任務機制的實現(xiàn)
根據(jù)系統(tǒng)的功能模塊，可將整個系統(tǒng)劃分為幾個并行存在的任務來運行，各個任務完成相對獨立的功能。μC／OS―II是占先式操作系統(tǒng)，對任務的調(diào)度是按優(yōu)先權(quán)的高低進行的，優(yōu)先權(quán)的設置按照整個系統(tǒng)運行的時序來確定，對系統(tǒng)安全運行較重要和對實時性要求較嚴格的任務設成較高的優(yōu)先級。各任務優(yōu)先級由高到低依次為：煤氣處理任務、盜情處理任務、下雨處理任務、大風處理任務、紅外遙控任務、電機開窗任務、電機關(guān)窗任務、短信任務。在系統(tǒng)運行過程中，各任務的優(yōu)先級固定不變。CPU對大多數(shù)事件的處理都放在任務中完成，而各個任務由對應的信號量激活。信號量可以由任務或外部中斷來發(fā)送。

(1)任務建立和資源分配
μC／OS―II是一個實時多任務操作系統(tǒng)，所以把系統(tǒng)軟件分割成多個任務，每個任務負責完成相應的處理工作，系統(tǒng)功能由多個任務協(xié)作完成。本系統(tǒng)的任務分配如表1所列。