嵌入式实时操作系统uC_OS在控制工程中的应用.pdf

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1、嵌入式实时操作系统!#$%在控制工程中的应用冉汉政&西南交通大学 电气工程学院四川 成都()*+摘要,简略地分析了-.#/0操作系统的特点1指出在嵌入式实时控制工程领域内应用该操作系统时1多任务的优先级设定是一个关键问题2接着分析了在电梯群控工程中1其软件系统应该完成的功能1在此基础上提出其多任务划分的原则1并给出一个实际的例子2结论是利用-.#/0提供的系统特征1可以简化多任务程序设计1满足多个任务的时间要求1大大降低了开发难度1轻松地完成前后台编程方法难以完成的任务2同时利用系统的定时中断1设计一个超级任务来对其他任务进行监控1从而也提高了系统的可靠性2关键词,嵌入式操作系统3实时3多任务

2、3电梯中图分类号,4 5*(6 7 8文献标识码,9文章编号,()8*:*;&?A B C D ED F!#$%E D E C G D?E H%I J C K LM NOPQ R S T U R V&.W X X U V UW Y Z X U Q X Z R V R U U R V 10 W-T _U a Q W W R VbR c U d 1.T U R V e-1()*1.T R Q+=f J C G B A C,g U h U T U T Q Q U W Y-.#/0Q R ei W R W-T Q T Ui W U W Y j-X Q k T W-X eh U Q U Y-X X dQ

3、 V R U e R T UU jh U e e U eQ R e U Q X jU d U j 64 T UY-R W RW Y W Y _Q UW Y T Uj-X U X U c Q W d U j Q R Q X d S U e 69 Q U eW R 1 T Ui R i X UW Y Q V R jU R W Y j-X Q ki W U W Y T U d U j e U c U X W i U eQ R eQ U Q X Q U V c U R W W 64 T jU T W eT Q jQ R dQ e c Q R Q V U 1-TQ ji X Y d R V T Ui W

4、 V Q jj R VQ R ee U U j R R VU Q X d Y T Ue U Q e X R U W Y j-X Q kQ U Q Y U e 64 T U U X Q h X dW Y T U d U j e U c U X W i U e W W 64 T U d U j e U V R U eh d T UjU T W e W ji Q Q c U X d-i U W T Q Rl W U V W-R e#9 Q k V W-R e d U j6mK I n D G o J,U jh U e e U e/0 3 U Q X jU 3j-X Q k 3U X U c Q W

5、收稿日期,)*)p)本课题由中国工程物理研究院电子工程研究所基金资助&%q r r q s t r u+在嵌入式实时应用领域1过去一般把整个软件设计成一个前后台系统2应用程序是一个无限循环1循环中调用相应的函数完成相应的操作1这部分是后台行为3中断服务程序处理异步事件1这部分是前台行为2这对于很简单的控制是比较适合的2但是在情况比较复杂的时候1工程师现在倾向于应用一个适当的操作系统来降低系统开发的难度1使得实时应用程序的设计和扩展变的容易1不需要大的改动就能增加新的功能2而-.#/0就是一个用于开发中小型项目比较合适的嵌入式实时操作系统2s!#$%的特点-.#/0是一个原代码公开的1可移植性强

6、的实时的多任务操作系统2其实时内核采用占先式调度策略2这意味着他总是运行就绪条件下的优先级最高的任务2当一个任务N正在运行时1由于某种原因1一个比他优先级更高的任务9进入了就绪态1则立即任务N被挂起1任务9得到运行2这个原因可能是任务N本身发出了信号量激活了任务9 3也有可能是任务N正在运行时1一个中断到来了1而中断服务子程序使得任务9进入了就绪态1那么完成中断后1任务9开始运行2-.#/0的内核采用固定优先级的调度方法1所以每一个任务必须由程序设计者赋予一个明确的并且与其他任务不同的优先级2如果设计者希望某个任务的优先级需要根据时间的推移或条件的变化而发生改变1那么必须由设计者自己调用改变任

7、务优先级的函数/0 4 Q k.T Q R V U 5 W&+来实现2例如系统中发生了一个不影响系统安全的小故障1相应的有一个故障报警任务1刚开始他的优先级较低从而总是被高优先级任务占先1所以只能每隔一段较长的时间执行一次3随着时间的推移1如果该故障得不到处理1他的优先级可以逐渐提升1直到最后达到最高优先级2如果任务之间由于有共享资源出现了竞争或者死锁1是会严重影响系统安全的2因此-.#/0对共享资87冉汉政,嵌入式实时操作系统-.#/0在控制工程中的应用万方数据源提供了保护机制!一般情况下使用的是信号量方法!创建一个信号量并对他进行初始化当一个任务需要使用一个共享资源时他必须先申请得到这个信

8、号量!在这个过程中即使有优先权更高的任务进入了就绪态因为无法得到信号量也不能使用该资源!在#$%&中称为优先级反转!简单地说就是高优先级任务必须等待低优先级任务的完成!在上述情况下在(个任务之间发生优先级反转是无法避免的!所以在使用#$%&时必须对所开发的系统了解清楚才能选择对于某种共享资源是否使用信号量!对于一个比较复杂的实时系统并非所有的任务都至关重要而大多是综合了软实时和硬实时两种需求!软实时系统只是要求系统尽可能执行得快并不要求在某一特定时间内完成!硬实时系统中任务不但要执行无误而且要准时完成!因此给定优先级是涉及到系统调度效率的大问题他又是和具体系统联系紧密的一项工作!)电梯系统的软

9、件设计中的多任务划分在一座高楼里面往往多台电梯并存组成一个群控系统!因此各台电梯软件系统除了控制本台电梯的正常运行还要与其他电梯交换数据以便进行优化的调度以减少乘客的等待时间并且节约能源!特别地每台电梯都关系到人员和设备安全其系统可靠性非常重要!虽然其最终的安全保障由一定的硬件设备来实施例如在电梯完全失控下坠时由安全钳把轿厢卡在轨道上*但是这些措施采用立刻停止电梯运行的方式给乘客带来极大的震动和心理的不适而且对设备也会造成一定的损伤!因此软件系统应该在完成正常功能的同时作为安全的第一道防线让电梯在故障情况下比较缓和的改变速度减小对人员和设备的冲击!(+,硬件系统结构软件系统其硬件架构如图,所示

10、!图,群控电梯硬件系统结构图-台电梯采用$./总线连接各个主控器是对等的而且每台电梯内部也是$./总线!(+(软件设计每台电梯的软件是一样的其软件系统设计的优先级是01,2满足本机安全即对于涉及到安全的信号要最快的响应*1(2满足本机的正常控制即正常控制电梯的操作状态和电动机的运转*1 3 2尽量及时地响应乘客的召唤这里面有3个决定因素0一是对下位机的通信响应及时性*二是多个电梯之间的互相通信的及时性*三是调度算法的有效性!那么设计的任务级别如图(所示!图(软件系统的多任务链这是一个多链多任务系统而且有几个任务是公共任务!优先级的安排是0在某一个任务链中最重要的任务不希望被同一任务链中的其他任

11、务中断所以应该设置为最高优先级!除了公共任务以外任务链.中的任何的一个任务都比4中的任何一个任务优先级高!不同任务链中的公共任务的设置原则是就高不就低!这种设置保证在优先级倒挂的情况下高级别任务链中的任务一次运行最多被阻塞一次!系统的各个任务具有相对的独立性!为了增加系统的可靠性设计一个超级任务用以监视几个重要的任务!其工作的原理是在重要任务比如说5 6 7 8 9里:;!现代电子技术#$%年第&%期总第&(期!现代电子技术#$%年第&%期总第&(期实 战 基 地万方数据面增加下列代码!#$%&()读定时器的值到全局变量&*+全局变量&清,*延时*-./0 12有一个系统时钟一般为3,43,5

12、6(!每次 时 钟 中 断 时 就 执 行 一 定 的 代 码7而 其 中 的12 8 9:8;%5%(是预留给开发者的7我们可以利用这个函数来做以下的事情=12 8 9:8;%5 当前定时器的值?全局变量&A预定时间()处理*-这样可以有效地防止系统因为个别任务内部出问题而全面崩溃!其实质是一种超时控制7B小结利用./0 12提供的系统特征!可以简化多任务程序设计!满足多个任务的时间要求!大大降低了开发难度!轻松地完成前后台编程方法难以完成的任务7同时利用系统的定时中断!设计一个超级任务来对其他任务进行监控!从而也提高了系统的可靠性7当然我们也看到!程序的可读性和可维护性也提高了7参考文献C

13、 3 DE:#FG#H I$:E+./0 12 J J源码公开的实时嵌入式操作系统C KD+邵贝贝译+北京=中国电力出版社!L,3+C L D同向前+嵌入式系统的超时控制及其应用C E D+单片机与嵌入式系统应用!L,L+作者简介冉汉政男!3 M N L年出生!工程师!现在西南交通大学攻读硕士学位7主要研究方向为嵌入式系统应用OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOPPPP7书讯序号书名作者使用对象定价3网页动画制作QR G S2 5快速入门张行等大中专院校师生及专业人员办班和辅导教材3 T+T,L电子商务应用实务教程陆均良等实务型通用工具书7各类大中专院校师生及科技人员均

14、适用L T+,U最新计算机基础教程张金莲等大中专院校V职校及初学者计算机基础课培训教材L T+,W全国计算机等级考试一级教程 L,L大纲(一级X Y8 F Z$环境(考前指导姚瑞光等计算机等级考试一级专用L 3+,全国计算机等级考试一级 L,L大纲(题解V模拟试题及习题集邢苗条等计算机等级考试一级专用3 +,T全国计算机等级考试二级教程 L,L大纲(基础知识与R 1&X S2 考前指导江代有等计算机等级考试二级专用3 _+,N电子电路设计与制版 I a:b M M教程高有堂等从事电子线路设计的科技人员及大专院校的师生L +,_可编程序控制器及工业控制网络殷华文等从事工业自动化及工控研究员及设计

15、制造者U +,M最新会计电算化教程张崇中等大中专院校师生及多类会计电算化培训班主讲用友软件(3 _+,邮购地址=西安市友谊西路W W号千禧园东楼3,_室陕西电子杂志社发行部订购电话=,L M?N _ 3 3 U U _,L M?L T T L,W书店(联 系 人=李欣锦3 U N L _ _,_薛进良3 U N,M L 3 N T M W邮编=N 3,T _T_冉汉政=嵌入式实时操作系统./0 12在控制工程中的应用万方数据嵌入式实时操作系统uC/OS在控制工程中的应用嵌入式实时操作系统uC/OS在控制工程中的应用作者：冉汉政作者单位：西南交通大学,电气工程学院,四川,成都,610003刊名：

16、现代电子技术英文刊名：MODERN ELECTRONICS TECHNIQUE年，卷(期)：2003(13)被引用次数：18次 参考文献(2条)参考文献(2条)1.同向前 嵌入式系统的超时控制及其应用期刊论文-单片机与嵌入式系统应用 2002(07)2.Jean Labrosse J;邵贝贝 UC/OS-II源码公开的实时嵌入式操作系统 2001 引证文献(18条)引证文献(18条)1.张惠涛.张海春.林立忠 基于ARM处理器的电机电物理量采集系统的设计期刊论文-石家庄学院学报 2009(6)2.谢中赛.金志华.余世明 基于C/OS-的自动售货机控制系统期刊论文-机电工程 2009(1)3.佟

17、为明.贾彦峰 C/OS-在电能质量监控器人机交互中的应用期刊论文-低压电器 2008(13)4.王奕.曾国贵.黄一敏.王小青 基于C/OS-的无人直升机飞行控制软件设计期刊论文-直升机技术 2007(2)5.陈海霞.王连明 基于C/OS-的嵌入式网络接入技术研究期刊论文-东北师大学报（自然科学版）2007(4)6.李旻.李玉忍 基于C/OS_的飞机防滑刹车控制器设计期刊论文-测控技术 2007(9)7.韦文祥 基于ARM和C/OS-的远程配变监控终端的研究与设计学位论文硕士 20068.陈海霞 基于C/OS-的嵌入式网络接入技术研究学位论文硕士 20069.李树析 基于GPRS的无线报警系统学

18、位论文硕士 200610.黄志宏 基于RTOS的无接触小位移测量系统的设计与实现学位论文硕士 200611.童艳.徐德民.崔荣鑫 基于C/OS-的AUV制导系统软件设计期刊论文-弹箭与制导学报 2005(4)12.周晓中 基于单片机的实时内核设计及其应用研究学位论文硕士 200513.何静 基于C/OS-的无线测控系统研究学位论文硕士 200514.林周雄 用于DNA杂交仪的嵌入式控制器学位论文硕士 200515.张昭瑜 嵌入式操作系统在机电一体化设备控制过程中的应用学位论文硕士 200516.石文国 基于ARM的嵌入式Internet系统研究学位论文硕士 200517.张垚 基于嵌入式系统的生物发酵过程控制器的设计与开发学位论文硕士 200518.华亮 基于C/OS-的嵌入式系统平台设计及其在智能流量计上的应用学位论文硕士 2004 本文链接：http:/