基于μC／OS-II的智能窗系統設計

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1 系統硬件設計

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，監控煤氣泄漏，自動防風，自動防雨，智能遙控開關窗門。CPU的選擇是嵌入式系統開發的關鍵所在。本文選用Luminary Micro(流明諾瑞)公司生產的Stellaris(群星)系列微控制器LM3S615，并以該芯片為核心搭建系統硬件平臺。LM3S615是Luminary公司首款基于ARM Crotex—M3內核的微控制器，具有高性能的32位運算能力和低延遲的中斷響應，在汽車電子和工控領域有出色的表現。系統架構如圖1所示。

2 系統軟件設計

2．1 μc／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操作系統內核。其中大部分代碼是用ANSI C語言編寫的，只有極少部分與處理器密切相關的代碼需用匯編完成。基于μc／os—II嵌入式操作系統的軟件體系結構如圖2所示，它包括應用軟件程序、與應用軟件相關的代碼、與處理器無關的代碼以及與處理器相關的代碼。所謂移植就是編寫與處理器相關的代碼，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中定義相關的宏，聲明LM3S615能夠識別的數據類型和堆棧增長方向。

②在OS_CPU_C. C中定義6個函數：OSTaskStklnit()、OSTaskCreateHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHook()。

③在0S_CPU_A．ASM中修改以下5個匯編函數：OS ENTER_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、最多內存分塊數、最多消息隊列數、最多任務數、最低任務優先級、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、時鐘節拍數以及其他的一些配置。通過修改這些設置，可對μC／OS—II進行裁減，使之適應本系統的具體需要。

2．2 μC／OS—II下多任務機制的實現

根據系統的功能模塊，可將整個系統劃分為幾個并行存在的任務來運行，各個任務完成相對獨立的功能。μC／OS—II是占先式操作系統，對任務的調度是按優先權的高低進行的，優先權的設置按照整個系統運行的時序來確定，對系統安全運行較重要和對實時性要求較嚴格的任務設成較高的優先級。各任務優先級由高到低依次為：煤氣處理任務、盜情處理任務、下雨處理任務、大風處理任務、紅外遙控任務、電機開窗任務、電機關窗任務、短信任務。在系統運行過程中，各任務的優先級固定不變。CPU對大多數事件的處理都放在任務中完成，而各個任務由對應的信號量激活。信號量可以由任務或外部中斷來發送。

(1)任務建立和資源分配

μC／OS—II是一個實時多任務操作系統，所以把系統軟件分割成多個任務，每個任務負責完成相應的處理工作，系統功能由多個任務協作完成。本系統的任務分配如表1所列。



(2)主要任務描述首先建立一個main()函數，在主函數中調用OS-Init()函數初始化μC／OS-II，然后建立第一個任務(起始任務)，最后調用OS-Start()函數啟動多任務。在建立主函數之前必須定義各個任務的堆棧、系統的全局變量和相關宏。主函數的程序清單如下：



起始任務是系統建立的第一個任務，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)，建立系統所要用到的信號量，建立系統的其他任務。起始任務部分程序清單如下：




在電機開窗任務中首先等待信號量sem_open。該信號量是由煤氣處理任務、紅外遙控處理任務發送的。如果電機開窗任務得到該信號量，程序就設置電機轉動方向，并控制PWM送出電機轉動脈沖，直到窗戶被打開。

電機關窗任務必須等到信號量sem_close有效時才會被激活。信號量sam_close由盜情處理任務、下雨處理任務、大風處理任務、紅外遙控處理任務發送。

短信任務則要得到盜情處理任務發出的信號量sam_dq時被激活。系統采用門磁傳感器作為人室盜竊報警信號發生器。當窗戶被打開時，門磁的開關狀態發生變化，信號被發送到微處理器。微處理器檢測到信號輸入、控制GPRS模塊發送中文報警信息給戶主手機，戶主可根據短信及時報警，避免造成更大的損失。

3 小 結

完成了基于32位ARM微處理器LM3S615和嵌入式實時操作系統μc／os—II的嵌入式智能窗的設計開發，并為嵌入式系統開發提供了一種解決方案。μc／os—II作為一個優秀的RTOS已經被成功移植到多種體系結構的微處理器上。將其移植到ARM平臺上能夠更深刻地理解RTOS的構造，加快應用和開發。把μC／OS—II引入到智能窗控制系統的軟件設計中，使軟件的開發更具層次性，開發效率更高，系統的穩定性、可靠性、實時性更強，也更容易擴展。

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