基于ARM7的分布式遠程測控系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)據(jù)的傳輸常會出現(xiàn)連續(xù)置為0的字節(jié)，這種零電平在傳輸過程中，非常容易受到干擾變成其他數(shù)據(jù)。因此數(shù)據(jù)采用余3編碼方式。對數(shù)據(jù)幀的每個字節(jié)都采用奇偶效驗，并計算所有的數(shù)據(jù)字節(jié)累加和、異或和，放在數(shù)據(jù)幀中供接受方效驗。

5、Modem的控制和AT指令集

目前市場常見的Modem都支持AT指令集，即所有的命令行都是由前綴“AT”構(gòu)成，它是Attention的縮寫，其基本格式為：AT命令[參數(shù)]命令 [參數(shù)]……結(jié)束符。結(jié)束符是一個單字符，其值存在寄存器S3中，默認為回車符。在一個命令行中可以包含多個命令，但不要超過Modem的命令緩沖器所能 容納的字符數(shù)，一般為40個字符。Modem會自動從AT兩個字符中檢測出波特率、字長、奇偶效驗，故Modem無需設(shè)置這些參數(shù)。

Modem的工作狀態(tài)可以分為命令狀態(tài)和在線狀態(tài)。在命令狀態(tài)下接收并執(zhí)行AT指令，當建立通信鏈路后進人在線狀態(tài)，這時Modem不再對發(fā)給它的數(shù)據(jù)解 釋，而是直接發(fā)給遠端的接收系統(tǒng)。在線狀態(tài)下，如果接收到狀態(tài)轉(zhuǎn)化序列十十十”，則轉(zhuǎn)人在線命令狀態(tài)。詳細的AT指令集的介紹見。

6、系統(tǒng)軟件設(shè)計

LPC2132 微處理器工作頻率可以達到60MHz，有3級流水線，大多數(shù)指令可以單周期完成，片上帶有128KB FLASH程序存儲器和16KB SRAM，它的性能和存儲空間，使嵌入操作系統(tǒng)的應(yīng)用成為可能。目前市場上的大型商業(yè)嵌人式操作系統(tǒng)已經(jīng)十分成熟，但價格昂貴。采用源碼公開的免費軟件是 一種好的選擇。uClinux功能強大，運行穩(wěn)定，但代碼和需要的RAM過于龐大。uC/OS-II則簡單實用，內(nèi)核可剪裁到只有3K左右。本系統(tǒng)的軟件 基于uC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)是一個理想的選擇。

uC/OS-II是一個源代碼完全公開、可移植、可固化、可剪裁的搶占式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。最多可以同時執(zhí)行64個優(yōu)先級不同的任務(wù)，任務(wù)之間的通信和同步是通過信號量(Semaphore)、郵箱(Mailbox)或隊列(Queue)來完成的。信號量用來保護特定的共享資源，或同步其它任務(wù)。郵箱和隊列都是用來在任 務(wù)間發(fā)送消息，只不過前者只能發(fā)一條信息，后者可以發(fā)送多條。uC/OS-II需要一個系統(tǒng)時鐘(Clock Tick)，用于實現(xiàn)時間延時和超時確認。時鐘節(jié)拍越高，系統(tǒng)時間精度越高，但系統(tǒng)的額外開銷越大。詳細介紹見文獻。

在uC/OS-II操作系統(tǒng)的管理下，本系統(tǒng)分為4個任務(wù)：

任務(wù)1：定時采集存儲數(shù)據(jù)，按照上位機所設(shè)置的采集頻率，定時采集存儲各個監(jiān)測參數(shù)。

任務(wù)2：數(shù)據(jù)幀處理，對串口接受到的數(shù)據(jù)進行解釋。接受到效驗正確的數(shù)據(jù)幀，執(zhí)行相應(yīng)的操作，如處理上位機的控制信息、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、發(fā)送信號量給其他任務(wù)和發(fā)送正確接受的應(yīng)答幀等。

任務(wù)3：報警任務(wù)，實時監(jiān)測各個參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常立即向上位機報警，同時撥打報警電話。

任務(wù)4：自動上傳數(shù)據(jù)，當采集到一定量數(shù)據(jù)，主動上傳到上位機。

在多任務(wù)系統(tǒng)中，通過時鐘中斷的周期性任務(wù)，在確定的時間執(zhí)行一次，其它時間都處在休眠狀態(tài)。若它在各任務(wù)中處于最高優(yōu)先級，就能夠保證該任務(wù)嚴格的時間 有效性。任務(wù)1就是此類任務(wù)，所以放在最高優(yōu)先級。每隔確定的時間運行一次，即采集存儲一次數(shù)據(jù)，其它時間處于休眠狀態(tài)。

任務(wù)3和任務(wù)4在和上位機通信的過程中，都需要數(shù)據(jù)幀處理任務(wù)給它們解釋上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)，所以任務(wù)2作為第二優(yōu)先級。當串口中斷接受到上位機發(fā)來的數(shù) 據(jù)，放到FIFO的隊列中，同時發(fā)信號量給任務(wù)2，任務(wù)1不在執(zhí)行時，任務(wù)2立即變?yōu)楫斍斑\行任務(wù)，處理串口接受到的數(shù)據(jù)，其它時間處于等待狀態(tài)。

自動上傳數(shù)據(jù)對實時性要求不高，所以放在最低優(yōu)先級。報警任務(wù)放在第三優(yōu)先級，這樣可以保證在發(fā)生異常時，能及時的向上位機和有關(guān)人員報警。

多任務(wù)系統(tǒng)中，就要考慮對共享資源的保護，同一時間內(nèi)，只能有一個任務(wù)占用此資源。本系統(tǒng)中，串口是四個任務(wù)都需要占用的資源，來控制Modem或向上位 機傳送數(shù)據(jù)，I2C總線在任務(wù)1和任務(wù)4中要用來讀寫EEPROM中的監(jiān)測數(shù)據(jù)。所以建立了兩個互斥信號量來保護串口和I2C總線，當任務(wù)需要使用串口或 I2C總線，先申請相應(yīng)共享資源的信號量，如果信號已被別的任務(wù)占用，該任務(wù)只得被掛起，直到信號被當前使用者釋放。

這樣安排多個任務(wù)，充分利用了系統(tǒng)資源，保證了整個系統(tǒng)各任務(wù)協(xié)調(diào)、高效的運行和系統(tǒng)的實時性。

7、小結(jié)

　　經(jīng)過實際運行試驗，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。完全開放的UC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)的采用，多任務(wù)的管理提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期，提高了系統(tǒng)性 能。在升級系統(tǒng)時，只要加入其它任務(wù)到操作系統(tǒng)中，就可以擴展功能，程序的可讀性和可維護性好。以ARM7和uC/OS-11為基礎(chǔ)構(gòu)成的嵌人式系統(tǒng)，結(jié) 構(gòu)簡單小巧、成本低廉、實時性強，特別適用于中小型嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。