基于ARM和μC／OS-II的人造提花毛皮機控制系統(tǒng)

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)主要由ARM微處理器、存儲器、USB接口、步進電機控制、選針器控制、D／A轉(zhuǎn)換電路和鍵盤及LCD顯示等模塊組成。系統(tǒng)啟動后，微處理器根據(jù)設(shè)定的針筒轉(zhuǎn)速參數(shù)、反饋針筒脈沖數(shù)以及梳理頭密度參數(shù)來控制提花過程，不斷檢測斷毛、斷線
等自停信號，并根據(jù)反饋的針筒脈沖來統(tǒng)計產(chǎn)量和定長自停。USB接口模塊主要用于輸入花型數(shù)據(jù)等參數(shù)，LCD模塊用于顯示花型數(shù)據(jù)。串口通信模塊用于實現(xiàn)與人造提花機主機的通訊。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 硬件電路設(shè)計
在傳統(tǒng)提花機的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)更新了ARM模塊、USB模塊以及LCD顯示模塊，符合人造提花機的發(fā)展趨勢,滿足市場需求。
3．1 ARM微處理器系統(tǒng)
ARM微處理系統(tǒng)用于管理整個提花控制過程。本系統(tǒng)采用Samsung公司的S3C44BOX微處理器。S3C244BOX微處理器采用ARM7TDMI內(nèi)核，工作在66 MHz,集成有8 KB Cache、外部存儲器控制器、LCD控制器、71個通用I／O端口、8個外部中斷源等。此外，本系統(tǒng)采用專用復(fù)位器件IMP811實現(xiàn)準確、高效的復(fù)位。系統(tǒng)時鐘采用外接10MHz和32．768 kHz的晶體振蕩器同時工作，其中,10 MHz晶體振蕩器經(jīng)ARM內(nèi)部PLL倍頻轉(zhuǎn)換為66 M：Hz。32．768 kHz晶體振蕩器為ARM的RTC(實時時鐘)計時。OMO經(jīng)上拉電阻接高電平，OM1直接接地，確保OM[1：0]=01，從而確定nGCSO的總線寬度為16位。OM3，OM2同時接地，使得OM[3：2]=00，打開內(nèi)部PLL模式。PLL-CAD外接700 pF的系統(tǒng)時鐘環(huán)路電容；VDDRTC是RTC的電源接口，外接3 V電壓，為電池供電，不支持3．3 V電壓。VDD2外接2．5 V電壓，為內(nèi)核供電。ARM處理器基本系統(tǒng)電路如圖2所示。

3．2 USB接口模塊
本系統(tǒng)采用USB接口技術(shù)，選用USB控制器SL811HS。SL811HS是Cypress公司可支持全速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腢SB控制器，可作為USB主機或作為設(shè)備的接口控制器：提供全速和低速兩種USB總線速率：片上集成有SIE、單端口Hub、USB收發(fā)器以及256 Byte的RAM：3．3 V的工作電壓；硬件自動產(chǎn)生幀起始包SOF和CRC5／16校驗。采用S3C44BOX的nGCS5選通USB控制器SL811HS。SL811HS的其他
信號線與S3C344BOX的引腳對應(yīng)相連。CPU可從外部U盤提取花型數(shù)據(jù),具有即插即用功能，取代了傳統(tǒng)提花機中的串口通信模塊。USB接口硬件電路圖如圖3所示。

3．3 鍵盤及LCD顯示模塊
本系統(tǒng)采用TLC-VCT256／14G型控制器，可控制640480點陣彩色TFT液晶顯示屏，顯示256種顏色，實時效果好，CPU能隨時寫入顯示存儲器而不影響顯示效果。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
軟件設(shè)計是指在μC／OS-II的支撐平臺上設(shè)計各硬件模塊電路的驅(qū)動程序，創(chuàng)建和啟動多項任務(wù),創(chuàng)建消息郵箱完成各任務(wù)間的通信，從而控制整個提花過程。
4．1 主程序設(shè)計
程序啟動后，跳轉(zhuǎn)至主函數(shù)開始執(zhí)行，調(diào)用函數(shù)ARMT argetInit()初始化ARM系統(tǒng)，包括：建立相關(guān)參數(shù)和變量，配置ARM處理器中斷端口，設(shè)置中斷，并初始化各個器件等。調(diào)用函數(shù)OSInit()初始化μC／OS-II操作系統(tǒng)。 調(diào)用函數(shù)OSTask Create
(Main_Task，(void*)0，(OS_STK*)Main_Task_Stack[TASK_STACK_SIZE-1]，Main_Task_PRIO)，創(chuàng)建主任務(wù)，并在主任務(wù)中創(chuàng)建各分任務(wù),完成整個系統(tǒng)控制。調(diào)用函數(shù)OSStait()，μC／OS-II開始運行,執(zhí)行主任務(wù)。
4．2 各分任務(wù)設(shè)計
分任務(wù)設(shè)計包括USB接口、步進電機控制、選針器控制、D／A轉(zhuǎn)換電路、鍵盤LCD顯示等模塊。由于各任務(wù)間不完全獨立，因此要創(chuàng)建信號量、消息郵箱、消息隊列來完成任務(wù)間通信，該操作通過調(diào)用OSSemCreate()，OSM-boxCreate()，OSQGreate()函數(shù)完成。鍵盤掃描圖分任務(wù)函數(shù)為OSTask Create (Task KEY，(void*)0,(OS_STK*)Task_KEY_Stack[TASK_STACK_SIZE-1]，Task_KEY_PRIO)。創(chuàng)建其他任務(wù)函數(shù)，驅(qū)動對應(yīng)硬件。而步進電機控制模塊、選針器控制模塊、D／A轉(zhuǎn)換電路模塊則延用傳統(tǒng)提花機設(shè)計，在此不做介紹，以下主要介紹改進的鍵盤LCD顯示和USB接口模塊。
4．2．1 鍵盤及LCD顯示
鍵盤用于管理顯示以及系統(tǒng)所需的其他操作。當LCD任務(wù)和讀取任務(wù)都掛起,讀取任務(wù)向LCD任務(wù)提供顯示所必要的數(shù)據(jù)。各任務(wù)間的通信通過對應(yīng)的信號量，消息隊列和消息郵箱來完成,任務(wù)流程如圖4所示。采用TLC-VCT256／14G控制器進行顯示，編程簡單。該控制器指令格式如表1所列。

其中，D3為保留位，DISP為顯示開關(guān)位，A16、A17、A18為第17、18、19位顯示地址，CMD2、CMD1、CMD0為組合選擇內(nèi)部寄存器通道位“000”時為地址低8位寄存器，“001”時為地址高8位寄存器，“010”為數(shù)據(jù)讀寫通道，“100”’時為4頁功能寄存器。
對于LCD任務(wù)，首先創(chuàng)建LCD顯示任務(wù)函數(shù)：OST askCreate(Task_LCD，(void*)0，(OS_STK*)Task_LCD_Stac [TASK_STACK_SIZE-l]，Task_LCD_PRI-O)。任務(wù)掛起，等待讀取任務(wù)發(fā)送的消息隊列數(shù)據(jù),收到消息隊列后，LCD任務(wù)就緒，得到CPU控制權(quán),先調(diào)用地址寫入函數(shù)void write addr (U32 address)；再調(diào)用數(shù)據(jù)寫入函數(shù)void write data(U8 color)；最后
調(diào)用具體顯示函數(shù)實現(xiàn)屏幕顯示，顯示函數(shù)原型：void write_word(U16 rowi，U16 tier,U8 eolr1,U8 col-or2，U16 rel)。調(diào)用完成后返回，等待下一個消息的到來，以便執(zhí)行下一環(huán)節(jié)的顯示任務(wù)。
4．2．2 USB接口
USB接口主要用于傳輸花型數(shù)據(jù)。USB任務(wù)與中斷服務(wù)函數(shù)以及存儲任務(wù)同步執(zhí)行。USB插入后，產(chǎn)生中斷，中斷服務(wù)函數(shù)向USB任務(wù)發(fā)送OS-SemPost()信號量，告知USB任務(wù)CPU可與外部USB設(shè)備通信以及數(shù)據(jù)處理，USB任務(wù)接收該信號量后，獲得CPU的控制權(quán)，開始執(zhí)行相關(guān)函數(shù)。當讀完USB設(shè)備中的數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)存儲,進而向存儲任務(wù)發(fā)送消息隊列OSOPost()，存儲任務(wù)開始把發(fā)送的數(shù)據(jù)進行存儲。USB數(shù)據(jù)讀取及存儲任務(wù)流程如圖5所示。

創(chuàng)建USB通信任務(wù)函數(shù)：OSTaskCreate(Task-USB，(void*)0，(OS_STK*)Task_USB_Stack[TASK_STACK_SIZE-1]，Task_USB_PRIO)。任務(wù)掛起，等待來自中斷處理函數(shù)的信號量：設(shè)計USB中斷處理函數(shù)(USB-INTRQ．C)負責發(fā)送設(shè)備命令，接收設(shè)備狀態(tài)信息，配置設(shè)備，供給電源；設(shè)計USB枚舉函數(shù)(USB_MU．C)實現(xiàn)硬件枚舉；設(shè)計Mass Storage類設(shè)備的枚舉函數(shù)(UJSB_MS．C)實現(xiàn)Mass Storage類協(xié)議中的命令操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀?。涸O(shè)計FAT文件系統(tǒng)操作函數(shù)(USB_FAT．C)操作文件系統(tǒng)，對FAT表定位，搜索和讀／寫等操作；設(shè)計數(shù)據(jù)讀取函數(shù)(DAT．C)，完成ARM處理器通過數(shù)據(jù)線，片選線及讀／寫控制線完成USBN9603數(shù)據(jù)的讀取。當檢測到USB設(shè)備接入(中斷來臨)時檢測設(shè)備狀態(tài)，響應(yīng)設(shè)置命令,發(fā)送狀態(tài)信息，發(fā)送數(shù)據(jù)報告,主機開始識別這個外接設(shè)備,在確定了該設(shè)備為USB Mass Storage類的基礎(chǔ)上，主機得到USB閃存的介質(zhì)信息和文件系統(tǒng)信息，實現(xiàn)文件打開和讀寫操作。

5 結(jié)束語
人造提花毛皮機控制系統(tǒng)結(jié)合先進的ARM技術(shù)以及性能優(yōu)越的μC／OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)，精度高，效率好。采用USB技術(shù)及LCD顯示技術(shù)取代傳統(tǒng)提花機中的串口通信和數(shù)碼顯示，符合當今市場發(fā)展趨勢,因此本提花控制系統(tǒng)具備良好的應(yīng)用前景。