基于ARM的嵌入式航空拖靶高度控制器設計

這里所選用的中央處理器是ARM7TDMI-S體系結構的32位微處理器芯片LPC2124。該處理器集成有16 KB的內部RAM和128 KB的內部FLASH存儲器，這些資源能夠滿足μC／OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng)的運行要求。除此之外還集成有2路UART串口、4路10位A／D轉換器、1個I2C接口、2個SPI接口、6路PWM輸出以及多路通用I／O口，分別用于與地面調參器通信進行高度裝定及其他參數的校正、與雷達高度表通信以獲取高度值、對加速度計輸出進行AD采樣、與小容量的E2PROM芯片進行數據讀／寫以修改和保存設置的參數、控制舵機工作等功能。選用該芯片可以極大地簡化外圍電路的設計，縮小電路板尺寸，提高系統(tǒng)運行的可靠性。
(2)軟件設計。高度控制律解算板中的應用程序是運行在嵌入式實時操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ下，該系統(tǒng)具有可移植、裁剪、源代碼公開、多任務和基于優(yōu)先級的搶占式任務調度等特點，實時性好，可靠性高。應用程序分解為任務優(yōu)先級不同的6個任務，每個任務都是一個無限循環(huán)程序，任務間通過信號量、郵箱或者其他事件來傳遞。按任務優(yōu)先級依次遞減分別是主任務(目標板初始化和建立其他任務，任務優(yōu)先級最高)、串口0接收數據任務、串口1接收數據任務、執(zhí)行定高指令任務、慢速數據采樣任務、串口0發(fā)送數據任務。
應用程序首先運行主任務(見圖4)，在執(zhí)行延時20 ms等待操作時操作系統(tǒng)自動執(zhí)行較低任務優(yōu)先級的任務，在這里即為串口0接收數據任務，這個任務的功能是接收遙控／遙測分系統(tǒng)發(fā)送來的指令數據或者是調參器發(fā)送來的其他指令，當接收到開高控指令時則設置開高控標志位，在沒有繼續(xù)收到數據時則執(zhí)行較低任務優(yōu)先級的任務，即串口1接收數據任務，這是接收無線電高度表發(fā)送來的高度值并更新相應的高度全局變量。執(zhí)行定高指令任務(見圖5)是由主任務通過發(fā)送開高控信號量來啟動的，當串口0接收數據任務設置了開高控標志位后，主任務便每間隔20 ms啟動一次執(zhí)行定高指令任務，利用上次的解算結果及當前的垂向加速度值和高度值進行控制律解算，得出升降翼偏轉角并換算為相應的PWM占空比送給舵機驅動板控制舵機的偏轉。慢速數據采樣任務是1 Hz的速率采集靶載蓄電池的電壓、加速度以及無線電高度表等值并更新相應的全局變量。串口0發(fā)送任務是以5 Hz的速率向遙控遙測板發(fā)送拖靶的參數值，包括靶載蓄電池電壓、加速度值、無線電高度表值、設定高度值以及解算出的舵偏角值等。下面給出的是主任務程序框圖和執(zhí)行定高指令任務程序框圖。