基于Crotex-M3及μC/OS-II的自動智能防盜窗設(shè)計
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1 系統(tǒng)硬件設(shè)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(fēng)，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TI（原Luminary Micro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TI公司基于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(yīng)，在汽車電子和工控領(lǐng)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(shè)計
2．1μC／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(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。其中大部分代碼是用ANSIC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(yīng)用軟件程序、與應(yīng)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)：OSENTER_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(wù)數(shù)、最低任務(wù)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(shè)置，可對μC／OS—II進行裁減，使之適應(yīng)本系統(tǒng)的具體需要。
2．2μC／OS—II下多任務(wù)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(wù)來運行，各個任務(wù)完成相對獨立的功能。μC／OS—II是占先式操作系統(tǒng)，對任務(wù)的調(diào)度是按優(yōu)先權(quán)的高低進行的，優(yōu)先權(quán)的設(shè)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(wù)設(shè)成較高的優(yōu)先級。各任務(wù)優(yōu)先級由高到低依次為：煤氣處理任務(wù)、盜情處理任務(wù)、下雨處理任務(wù)、大風(fēng)處理任務(wù)、紅外遙控任務(wù)、電機開窗任務(wù)、電機關(guān)窗任務(wù)、短信任務(wù)。在系統(tǒng)運行過程中，各任務(wù)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(wù)中完成，而各個任務(wù)由對應(yīng)的信號量激活。信號量可以由任務(wù)或外部中斷來發(fā)送。
(1)任務(wù)建立和資源分配
μC／OS—II是一個實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，所以把系統(tǒng)軟件分割成多個任務(wù)，每個任務(wù)負責(zé)完成相應(yīng)的處理工作，系統(tǒng)功能由多個任務(wù)協(xié)作完成。本系統(tǒng)的任務(wù)分配如表1所列。
(2)主要任務(wù)描述首先建立一個main()函數(shù)，在主函數(shù)中調(diào)用OS-Init()函數(shù)初始化μC／OS-II，然后建立第一個任務(wù)(起始任務(wù))，最后調(diào)用OS-Start()函數(shù)啟動多任務(wù)。在建立主函數(shù)之前必須定義各個任務(wù)的堆棧、系統(tǒng)的全局變量和相關(guān)宏。主函數(shù)的程序清單如下：
起始任務(wù)是系統(tǒng)建立的第一個任務(wù)，主要有3個功能：完成對目標板的初始化(主要是定時器、外部中斷和串行口的初始化)，建立系統(tǒng)所要用到的信號量，建立系統(tǒng)的其他任務(wù)。起始任務(wù)部分程序清單如下：
在電機開窗任務(wù)中首先等待信號量sem_open。該信號量是由煤氣處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)發(fā)送的。如果電機開窗任務(wù)得到該信號量，程序就設(shè)置電機轉(zhuǎn)動方向，并控制PWM送出電機轉(zhuǎn)動脈沖，直到窗戶被打開。
電機關(guān)窗任務(wù)必須等到信號量sem_clOSe有效時才會被激活。信號量sam_close由盜情處理任務(wù)、下雨處理任務(wù)、大風(fēng)處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)發(fā)送。
短信任務(wù)則要得到盜情處理任務(wù)發(fā)出的信號量sam_dq時被激活。系統(tǒng)采用門磁傳感器作為人室盜竊報警信號發(fā)生器。當窗戶被打開時，門磁的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，信號被發(fā)送到微處理器。微處理器檢測到信號輸入、控制GPRS模塊發(fā)送中文報警信息給戶主手機，戶主可根據(jù)短信及時報警，避免造成更大的損失。
3小結(jié)
完成了基于32位ARM微處理器LM3S615和嵌入式實時操作系統(tǒng)μC／os—II的嵌入式智能窗的設(shè)計開發(fā)，并為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了一種解決方案。μc／os—II作為一個優(yōu)秀的RTOS已經(jīng)被成功移植到多種體系結(jié)構(gòu)的微處理器上。將其移植到ARM平臺上能夠更深刻地理解RTOS的構(gòu)造，加快應(yīng)用和開發(fā)。把μC／OS—II引入到智能窗控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計中，使軟件的開發(fā)更具層次性，開發(fā)效率更高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實時性更強，也更容易擴展。
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