嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ面向數(shù)控系統(tǒng)的改進(jìn)
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(2)全局變量。因?yàn)楹瘮?shù)內(nèi)部的局部變量是分配在堆棧中的，直接處理方式不形成任務(wù)，沒(méi)有自己的堆棧，如果使用局部變量，其局部變量會(huì)分配在被中斷任務(wù)的堆棧內(nèi)，所以在該方式下任務(wù)應(yīng)使用全局變量。用戶在設(shè)計(jì)搶占式任務(wù)時(shí)要有一定限制，否則會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。具體限制如下：第一，數(shù)量不能太多，最好小于等于3個(gè)；第二，必須是執(zhí)行時(shí)間短，執(zhí)行頻率高的任務(wù)才能被設(shè)為搶占式任務(wù)。
3 需要修改的內(nèi)核數(shù)據(jù)和函數(shù)
3．1 任務(wù)控制塊的修改
(1)修改OSTCBDly的含義。在μC／OS-Ⅱ中，OSTCBDly表示任務(wù)延時(shí)的時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)，或者任務(wù)掛起時(shí)的超時(shí)時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)。如果這個(gè)變量為0，則表示任務(wù)不延時(shí)，或者表示等待事件發(fā)生的時(shí)間沒(méi)有限制，修改后，OSTCBDly描述任務(wù)自運(yùn)行的周期數(shù)，其計(jì)算公式如式(1)所示。若該項(xiàng)為零，任務(wù)為信號(hào)觸發(fā)的隨機(jī)任務(wù)。
(2)在TCB增加一項(xiàng)OSTCBDlyD作為任務(wù)自運(yùn)行周期動(dòng)態(tài)值。
INT16UOSTCBDlyD； ／*任務(wù)自運(yùn)行周期動(dòng)態(tài)值*／其中，OSTCBDlyD是任務(wù)等待運(yùn)行時(shí)間的動(dòng)態(tài)值。若任務(wù)在等待態(tài)，其初值為OSTCBD-ly；若任務(wù)為掛起態(tài)，其初值為超時(shí)限制值。系統(tǒng)時(shí)鐘處理函數(shù)OSTimeTick()對(duì)OSTCBDlyD減1，當(dāng)OSTCBDlyD小于0時(shí)，則將該任務(wù)放入就緒隊(duì)列。
(3)增加OSTCBStat的取值。OSTCBStat是任務(wù)的狀態(tài)字。由于增加了停止態(tài)和等待態(tài)兩種任務(wù)狀態(tài)，因此需要增加OSTCBStat的取值，具體修改是在文件μCOS_II．H中增加下面信息。
#define OS_STAT_wAIT 0x40 ／／任務(wù)狀態(tài)字為等待態(tài)
#define OS_STAT_STOP 0x80 ／／任務(wù)狀態(tài)字為停止態(tài)
3．2 時(shí)鐘節(jié)拍函數(shù)的OSTimeTick()修改
通過(guò)TCB數(shù)組掃描全部TCB，根據(jù)OSTCBStat的值做不同處理，具體處理如下：
就緒態(tài)的任務(wù)，OSTCBDlyD--，若有超時(shí)，則進(jìn)行超時(shí)處理。
掛起態(tài)的任務(wù)，OSTCBDlyD--，若有超時(shí)，則將其插入就緒表。
等待態(tài)的任務(wù)，OSTCBDlyD--，若到時(shí)，則將其加入就緒表。
運(yùn)行態(tài)的任務(wù)和停止態(tài)的任務(wù)，不做處理。
3．3 增加函數(shù)OSTaskEndDeal()
當(dāng)前任務(wù)的函數(shù)運(yùn)行完返回時(shí)，調(diào)用函數(shù)OSTaskEndDeal()，該函數(shù)完成工作：首先調(diào)用OSTaskStkInit()將該任務(wù)的堆棧初始化；然后判斷任務(wù)是否為最低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，若是，則保持該任務(wù)在就緒態(tài)，這樣做的目的是使最低優(yōu)先級(jí)任務(wù)始終處于就緒態(tài)，就緒表不會(huì)為空。若否，則根據(jù)OSTCBCUR→OSTCBDly決定任務(wù)該插入哪個(gè)隊(duì)列，該值等于零，任務(wù)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)；
不等于零，任務(wù)進(jìn)入等待狀態(tài)。最后，調(diào)用OSStart()選擇新任務(wù)運(yùn)行。
3．4 搶占式任務(wù)的實(shí)現(xiàn)
搶占式任務(wù)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)實(shí)際情況做處理，這里以數(shù)控系統(tǒng)中的插補(bǔ)控制為例介紹搶占式任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。
3．4．1 插補(bǔ)控制任務(wù)的功能
插補(bǔ)控制任務(wù)是根據(jù)加工命令和當(dāng)前點(diǎn)的位置，實(shí)時(shí)計(jì)算各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的位移和方向。插補(bǔ)時(shí)需要用一個(gè)定時(shí)器作為插補(bǔ)速度的控制，每次定時(shí)中斷觸發(fā)一步插補(bǔ)運(yùn)算和輸出，當(dāng)插補(bǔ)到終點(diǎn)，定時(shí)器停止，插補(bǔ)完成。
3．4．2 插補(bǔ)控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)
(1)選擇一個(gè)硬件定時(shí)器作為插補(bǔ)專用定時(shí)器，將插補(bǔ)任務(wù)的代碼放入該硬件定時(shí)器的中斷服務(wù)程序中。
(2)為該中斷設(shè)置一組專用的寄存器組，以減少中斷環(huán)境保存和恢復(fù)的時(shí)間。
(3)將需要執(zhí)行插補(bǔ)任務(wù)的當(dāng)前位置值和加工命令(如：加工曲線線形、終點(diǎn)值)等信息定義成全局變量，以便與其他任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速的信息交互。
(4)插補(bǔ)控制任務(wù)的啟動(dòng)。根據(jù)插補(bǔ)速度設(shè)定定時(shí)器初值，初始化插補(bǔ)所用的全局變量，啟動(dòng)定時(shí)器。
4 基于改進(jìn)后的μC／OS-Ⅱ的數(shù)控機(jī)床執(zhí)行控制器的軟件設(shè)計(jì)
數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)。上位機(jī)由專用軟件IPC構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；下位機(jī)由C8051020及其外圍電路的嵌入式執(zhí)行控制器構(gòu)成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)、可靠的控制。嵌入式執(zhí)行控制器軟件基于改進(jìn)后的μC／OS-Ⅱ設(shè)計(jì)，主要包括下面一些功能：與IPC的通信(發(fā)送任務(wù)和接受任務(wù))、命令解釋(命令解釋任務(wù))和命令執(zhí)行(加工監(jiān)控任務(wù)、插補(bǔ)計(jì)算任務(wù)、間隙電壓檢測(cè)和限位開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)任務(wù))。其中，通信有發(fā)送和接收兩方面內(nèi)容；命令解釋時(shí)，對(duì)開關(guān)量控制命令直接執(zhí)行；命令執(zhí)行中需要進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算、檢測(cè)間隙電壓和限位開關(guān)狀態(tài)及加工監(jiān)測(cè)。各任務(wù)具體設(shè)計(jì)如表1所示。
5 結(jié)語(yǔ)
本文根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)任務(wù)特點(diǎn)，對(duì)μC／OS-Ⅱ的任務(wù)劃分和任務(wù)調(diào)度做了改進(jìn)，更加方便數(shù)控系統(tǒng)任務(wù)的在μC／OS-Ⅱ上的添加，同時(shí)也便于μC／OS-Ⅱ?qū)Σ煌蝿?wù)的管理。搶占式任務(wù)減少了任務(wù)切換花費(fèi)的時(shí)間，并提高了硬件資源的利用率，但應(yīng)注意搶占式任務(wù)的數(shù)量不能過(guò)多，最好小于等于3個(gè)，否則會(huì)影響OS正常運(yùn)行。改進(jìn)后的內(nèi)核已應(yīng)用到了實(shí)際項(xiàng)目中，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
評(píng)論