采用CPLD與μC/OS -Ⅱ的斷路器智能控制單元設(shè)計(jì)

　　在該智能控制單元中，CPLD是一個(gè)重要的組成部分，由CPLD組成的狀態(tài)采集及輸出執(zhí)行系統(tǒng)可以獨(dú)立工作，主要是控制斷路器的異步關(guān)合，接受各種輸入的按鍵操作和狀態(tài)的輸入/輸出。同步控制時(shí)，CPLD接收DSP傳送的動(dòng)作命令，即可以執(zhí)行同步關(guān)合操作，同時(shí)，當(dāng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，CPLD將發(fā)出中斷信號(hào)，由DSP讀取狀態(tài)并且作出相應(yīng)的處理或傳送給監(jiān)控中心。CPLD的輸入信號(hào)主要有異步的關(guān)、合、復(fù)位輸入，斷路器的位置信號(hào)、開關(guān)小車的位置信號(hào)、失壓跳閘、過流跳閘、系統(tǒng)電壓信號(hào)等。其信息輸出模塊的功能主要是顯示斷路器是否具備可以操動(dòng)的條件、斷路器的合/分閘狀態(tài)、斷路器的動(dòng)作執(zhí)行情況、輸出控制斷路器動(dòng)作命令等。CPLD的控制框圖如圖2所示。CPLD作為一個(gè)單獨(dú)的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過編寫相應(yīng)的VHDL代碼，即可以生成相應(yīng)的操作電路，包括對(duì)各種輸入信號(hào)的鎖存、判斷和處理，以及對(duì)各種命令信號(hào)的執(zhí)行，對(duì)輸出信號(hào)的控制。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。

　　圖2 CPLD的控制框圖

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)μC/OS-Ⅱ在F2812上的移植;應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　μC/OS -Ⅱ簡(jiǎn)介

　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用源代碼公開實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，它是一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的、可移植、可固化、可裁剪、占先式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其絕大部分源碼是用ANSIC寫的。

　　μC/OS-Ⅱ在F2812上的移植要使用μC/OS-Ⅱ，首先要把內(nèi)核成功移植到所使用的CPU上。μC/OS-Ⅱ在F2812上的移植工作包括4個(gè)內(nèi)容。

　　a.在OS_CPU.H中定義與處理器相關(guān)的常量、宏及數(shù)據(jù)類型。例如關(guān)中斷和開中斷的定義分別為#defineOS_ENTER_CRITICAL()asm“DINT”及#defineOS_EXIT_CRITICAL()asm“EINT”。

　　b.調(diào)整和修改頭文件OS_CFG.H，以裁減或修改μC/OS-Ⅱ的系統(tǒng)服務(wù)，減少資源損耗。例如，

　　#defineOS_MBOX_EN0即禁止使用郵箱相關(guān)的代碼。

　　c.編寫C語言文件OS_CPU.C。由于本設(shè)計(jì)中未用到其他幾個(gè)函數(shù)，因此這里主要完成函數(shù)OSTaskStkInit()的編寫。OSTaskStkInit()用來初始化任務(wù)的堆棧結(jié)構(gòu)，使其看起來象剛發(fā)生過中斷并將所有的寄存器保存到堆棧的情形一樣。

　　d.編寫匯編語言文件OS_CPU.ASM。本文件包括4個(gè)子函數(shù)程序：OSStartHighRdy()(運(yùn)行最高優(yōu)先級(jí)任務(wù))，OSCtxSw()(任務(wù)級(jí)的任務(wù)切換)，OSIntCtxSw()(中斷級(jí)的任務(wù)切換)和OSTickISR()(μC/OS-Ⅱ時(shí)間節(jié)拍中斷函數(shù))，這是μC/OS-Ⅱ移植中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，這幾個(gè)函數(shù)的合理實(shí)現(xiàn)，是保證μC/OS-Ⅱ運(yùn)行的基礎(chǔ)。

　　上述工作完成后，μC/OS-Ⅱ就可以運(yùn)行了。

　　應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

　　根據(jù)智能控制單元的功能要求，將系統(tǒng)分為交流電壓采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、斷路器動(dòng)作時(shí)間預(yù)測(cè)模塊、通信模塊、以及與CPLD的接口模塊共11個(gè)任務(wù)和3個(gè)中斷來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)任務(wù)根據(jù)其實(shí)時(shí)性的要求并參照單調(diào)執(zhí)行率調(diào)度法RMS分配一定的優(yōu)先級(jí)、任務(wù)及中斷的定義，如表1所示。