基于WINCE的智能縫制設備嵌入實時操作系統(tǒng)
0 引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/152445.htm隨著縫制設備生產(chǎn)企業(yè)的技術升級,綜合使用嵌入式系統(tǒng)技術、運動控制技術以及機電一體化技術的智能縫制設備已成為發(fā)展重點。該類設備均采用了以嵌入式軟硬件技術為主、集光機電氣控制技術為一體的智能控制系統(tǒng),具有操作簡單的特點,能高效、精密地完成復雜的縫制任務。由于嵌入式系統(tǒng)是知識產(chǎn)權的核心,也是傳統(tǒng)縫制設備信息化的改造關鍵。故對基于WINDOWS CE(簡稱為WINCE)的智能縫制設備嵌入實時操作系統(tǒng)的定制與實現(xiàn)進行研究。
1 縫制設備嵌入式系統(tǒng)體系結構
該類控制系統(tǒng)主要面向花樣機、開袋機等需要圖形操作界面的中高端縫制設備,能根據(jù)用戶預先編制好的縫制數(shù)據(jù)自動控制機電部件完成縫制任務。與低端設備的單CPU控制模式相比,該類系統(tǒng)采用多CPU并存的主從分布式結構。嵌入式系統(tǒng)采用主控系統(tǒng)+運動控制子系統(tǒng)的結構,如圖1。
基于功能的系統(tǒng)層次劃分使各子系統(tǒng)可分別采用滿足其自身需求的專用軟硬件,既簡化設計又保證性能。例如主控系統(tǒng)用于處理圖像顯示、文件管理、任務調(diào)度等,可采用較為通用的嵌入式軟硬件;而運動控制子系統(tǒng)主要是接收數(shù)據(jù)并實時控制機電部件,因此需要采用專業(yè)化運動控制件及相關軟硬件技術。基于該體系結構的縫制設備嵌入式系統(tǒng)主要具有4個特點:1)主系統(tǒng)可采用X86、ARM等高性能嵌入處理器,運動控制子系統(tǒng)采用專用控制芯片,如FPGA、CPLD等;2)主、從系統(tǒng)通過通信接口實時通信,協(xié)同完成縫制任務;3)主系統(tǒng)采用嵌入實時操作系統(tǒng)作為基礎軟件平臺;4)主系統(tǒng)支持網(wǎng)絡化、圖形化數(shù)據(jù)加載與縫制任務管理等。
由于運動控制系統(tǒng)主要解決基于專業(yè)硬件的多維高速插補運動及相關控制問題,與主控系統(tǒng)松散耦合。因此,主要研究主控系統(tǒng)嵌入實時軟件平臺的定制、擴展及其優(yōu)化技術等。
2 串縫制設備嵌入式系統(tǒng)體系結構
智能縫制設備的嵌入式系統(tǒng)除了體積小、資源受限等特點外,還需要滿足快速啟動、圖形界面、實時控制、特殊設備驅(qū)動等要求。綜合考慮系統(tǒng)的功能、研發(fā)成本及自主技術等因素,系統(tǒng)基礎軟件選擇WINCE操作系統(tǒng)。
2.1 WINCE定制與優(yōu)化
1)內(nèi)核裁減。WINCE的內(nèi)核定制可以通過Platform Builder(以下簡稱PB)工具來完成。PB具有成熟的集成開發(fā)環(huán)境,包括一系列開發(fā)工具、上下文菜單、工具欄和快捷鍵。通過PB可以根據(jù)不同的硬件配置、不同的應用場合來定制、剪裁WINCE.net操作系統(tǒng),最終生成操作系統(tǒng)內(nèi)核鏡像文件。因此,內(nèi)核裁減的主要工作在于確定應用需求,并完成應用需求與內(nèi)核選項的映射。根據(jù)縫制設備嵌入式系統(tǒng)的圖形化啟動、模塊實時加載、網(wǎng)絡化支持、串口通信、文件存儲與管理等功能,在裁減過程中需要支持核心運行庫支持,C Librariesand Runtimes;顯示驅(qū)動支持,Geode/MediaGX;標準輸入設備(鼠標鍵盤等)支持,Input Devices;USB總線支持,USB Host;文件系統(tǒng)支持,F(xiàn)at filesystem;串行通信支持,Serial等選項,并對其相關子項進行細化。在裁減內(nèi)核的基礎上,通過對相關庫文件的裁減也可以減少系統(tǒng)所需存儲空間。另外,通過精簡、優(yōu)化系統(tǒng),定制后系統(tǒng)的啟動時間也從通用WINCE系統(tǒng)的90多秒縮短到20秒左右(硬件平臺為500MHzCPU、128MB內(nèi)存的PC104板時,約需30s)。
2)功能擴展??p制設備集光機電氣等多種技術于一體,外圍I/O設備種類豐富,因此擴展操作系統(tǒng)內(nèi)核實現(xiàn)對非通用硬件的驅(qū)動非常重要。目前,主要采用內(nèi)核模式和模塊模式方式來擴展操作系統(tǒng)。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,采用內(nèi)核方式支持擴展設備。在內(nèi)核模式下,每次添加新的軟件功能時均要求開發(fā)人員修改操作系統(tǒng)源碼并重新編譯、生成新的內(nèi)核。在核心態(tài)模塊中,依照WINCE系統(tǒng)的驅(qū)動模型,開發(fā)人員通過編程可以完成對特定設備I/O、中斷、時鐘等的驅(qū)動。實際應用證明,基于該方式的WINCE內(nèi)核功能擴展非常有效。
2.2 圖形化應用平臺開發(fā)
圖形化應用平臺基于eMbedded Visual C++4.0開發(fā),為滿足輕量級、高可靠、可配置等要求,采用WIN32API組件開發(fā),可在占用最少資源的情況下達到最大效率。在開發(fā)中運用動態(tài)鏈接庫的方式,預留對擴展功能的支持,實現(xiàn)了直觀、友好、易操作的圖形應用界面。
2.3 基于CF卡的嵌入式系統(tǒng)平臺構建
在完成操作系統(tǒng)定制及優(yōu)化的基礎上,需要對嵌入式軟硬件進行整合。通過以下步驟完成所定制嵌入式軟件系統(tǒng)在目標嵌入式硬件平臺的部署:1)創(chuàng)建文件系統(tǒng);2)部署定制的嵌入實時操作系統(tǒng);3)安裝啟動裝載程序;4)修改啟動配置文件。完成后的CF卡文件目錄如圖2。
3 結束語
所形成的嵌入式軟件平臺現(xiàn)已在新型智能縫制設備嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品SKS-A20801中得到應用,證明該方法的技術路線可行。下一步,將結合嵌入式軟構件等技術,開展可定制嵌入式軟件技術研究,形成滿足特定領域系列化產(chǎn)品需求的可定制嵌入式軟件平臺。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)
評論