基于實(shí)時(shí)操作系統μc/os-ii的智能窗系統的設計

隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，智能窗已經(jīng)越來(lái)越多地被用到了現代智能化建筑中，他提供住戶(hù)一個(gè)安全、方便的環(huán)境。據統計，在未來(lái)的幾年內，安裝智能窗的用戶(hù)將不斷增加。本文討論了一種基于實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-II的智能窗設計方法。

1 系統硬件設計

本系統功能如下：手動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)窗戶(hù)；紅外遙控窗戶(hù)的開(kāi)關(guān)；雨天能夠自動(dòng)把窗戶(hù)關(guān)閉；檢測到可燃氣體自動(dòng)把窗戶(hù)打開(kāi)；遇有盜情，會(huì )發(fā)出刺耳的報警聲，把窗戶(hù)關(guān)閉，并發(fā)送一條短消息給住戶(hù)。CPU的選擇是嵌入式系統開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵所在。本系統的CPU采用了ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機。主要基于以下幾點(diǎn)考慮；相比其他CPU價(jià)格便宜；經(jīng)過(guò)擴展后可以移植操作系統μC／OS-II；51單片機在國內研究的較早，技術(shù)成熟。系統還包括電源、存儲、按鍵、煤氣、濕度、盜情、電機等基本模塊。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是一個(gè)可移植（portable）、可固化的（rom-able）和占先式的（preempTIve）實(shí)時(shí)內核，最多可以管理64個(gè)任務(wù)。μC／OS-II的源代碼公開(kāi)，絕大部分代碼使用標準的ANSIC書(shū)寫(xiě)，所以可以方便地移植到很多不同種類(lèi)的處理器或控制器上。μC／OS-II中的任務(wù)包括休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起態(tài)和被中斷態(tài)5種狀態(tài)。所謂移植就是編寫(xiě)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(yǔ)言源文件OS_CPU_C.C。

①在OS_CPU.H中定義相關(guān)的宏，聲明LM3S615能夠識別的數據類(lèi)型和堆棧增長(cháng)方向。

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

③在0S_CPU_A.ASM中修改以下5個(gè)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(wù)數、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(shí)鐘節拍數以及其他的一些配置。通過(guò)修改這些設置，可對μC／OS—II進(jìn)行裁減，使之適應本系統的具體需要。

2.2 μC／OS—II下多任務(wù)機制的實(shí)現

根據系統的功能模塊，可將整個(gè)系統劃分為幾個(gè)并行存在的任務(wù)來(lái)運行，各個(gè)任務(wù)完成相對獨立的功能。μC／OS—II是占先式操作系統，對任務(wù)的調度是按優(yōu)先權的高低進(jìn)行的，優(yōu)先權的設置按照整個(gè)系統運行的時(shí)序來(lái)確定，對系統安全運行較重要和對實(shí)時(shí)性要求較嚴格的任務(wù)設成較高的優(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(kāi)窗任務(wù)、電機關(guān)窗任務(wù)、短信任務(wù)。在系統運行過(guò)程中，各任務(wù)的優(yōu)先級固定不變。CPU對大多數事件的處理都放在任務(wù)中完成，而各個(gè)任務(wù)由對應的信號量激活。信號量可以由任務(wù)或外部中斷來(lái)發(fā)送。

(1)任務(wù)建立和資源分配
在起始任務(wù)中建立了一系列信號量來(lái)協(xié)調各個(gè)任務(wù)的執行，各信號量的作用如表2所示。

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

起始任務(wù)（StartTask） 是系統建立的第一個(gè)任務(wù)，他主要有3個(gè)功能：完成對定時(shí)器、外中斷0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(wù)。

起始任務(wù)部分程序清單如下：

電機開(kāi)窗任務(wù)（openwintask） 在電機開(kāi)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)和手動(dòng)開(kāi)窗任務(wù)發(fā)送的。如果其他任務(wù)發(fā)送了該信號量，程序就設置電機轉動(dòng)方向，并控制p3.4送出電機轉動(dòng)脈沖，直到窗戶(hù)被打開(kāi)。

電機關(guān)窗任務(wù)（closewintask） 該任務(wù)必須在信號量sem open有效時(shí)才會(huì )被激活。信號量sere_open有下雨處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)和手動(dòng)關(guān)窗任務(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(shí)被激活。系統采用門(mén)磁傳感器作為人室盜竊報警信號發(fā)生器。當窗戶(hù)被打開(kāi)時(shí)，門(mén)磁的開(kāi)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(hù)主手機，戶(hù)主可根據短信及時(shí)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(shí)時(shí)操作系統μc／os—II的嵌入式智能窗的設計開(kāi)發(fā)，并為嵌入式系統開(kāi)發(fā)提供了一種解決方案。μc／os—II作為一個(gè)優(yōu)秀的RTOS已經(jīng)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(kāi)發(fā)。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(kāi)發(fā)更具層次性，開(kāi)發(fā)效率更高，系統的穩定性、可靠性、實(shí)時(shí)性更強，也更容易擴展。