基于RTOS與DSPs的微機保護裝置
1 引言
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/150325.htm我國電力系統的微機型保護得到迅速發(fā)展,已在電力系統得到了廣泛應用。從早期的8位機,到現在16/32位機,性能得到了提高,運算能力也大大加強了。
微機保護的性能及其可靠性取決于軟、硬件,因此軟件的編寫(xiě)和硬件的選擇是一項關(guān)鍵性的工作。我們在編寫(xiě)軟件時(shí),通常先畫(huà)好流程圖,然后按著(zhù)流程圖來(lái)編程,一般是一個(gè)無(wú)限循環(huán),循環(huán)中調用相應的函數(子程序)完成相應的操作(稱(chēng)為后臺行為或任務(wù)級);用中斷來(lái)處理隨機事件(稱(chēng)為前臺行為或中斷級)。程序流程如圖1所示。任務(wù)的響應時(shí)間取決于后臺循環(huán)執行的時(shí)間(在不同的狀態(tài)或運行方式下,執行時(shí)間不同),程序經(jīng)過(guò)某一點(diǎn)的時(shí)間不能確定,程序修改了,循環(huán)時(shí)序就受到影響。這種編程方法,使得程序開(kāi)發(fā)周期長(cháng),修改困難,任何一處受到破壞,就會(huì )死機。在8位機時(shí)代,還不算明顯,隨著(zhù)16/32位機的使用及系統復雜性的增加,表現的越來(lái)越明顯了。這種傳統的前臺/后臺程序開(kāi)發(fā)機制已不能滿(mǎn)足日益復雜和多樣化的微機保護的應用需求,采用RTOS來(lái)開(kāi)發(fā)微機保護應用程序,現已成為開(kāi)發(fā)人員的發(fā)展方向。
目前運行的微機保護裝置大多數為16位單片機,對于常規的保護其性能基本能滿(mǎn)足。但16位單片機往往受到運算速度等因素的影響,不易實(shí)現更復雜的算法和更高采樣速率。隨著(zhù)微電子和半導體技術(shù)的發(fā)展,DSPs已運用在了眾多領(lǐng)域。由于DSPs的強大數字信號處理能力,越來(lái)越受到開(kāi)發(fā)人員的青睞。
2 關(guān)于RTOS(Real Time Operating System)實(shí)時(shí)操作系統
實(shí)時(shí)操作系統是一段在系統啟動(dòng)后,首先執行的背景程序。用戶(hù)的應用程序是運行于RTOS之上的各個(gè)任務(wù),RTOS根據各個(gè)任務(wù)的要求,進(jìn)行資源管理、消息管理、任務(wù)調度,異常處理等工作。實(shí)時(shí)多任務(wù)內核是RTOS的關(guān)鍵部分,基本功能包括任務(wù)管理、定時(shí)器管理、存儲管理、資源管理、事件管理、系統管理、消息管理等。RTOS與其它OS相比主要特征是規模小、可裁剪、微內核。
在RTOS機制下開(kāi)發(fā)多任務(wù)程序,CPU的運行時(shí)間被劃分為許多小的時(shí)間片,RTOS按照某種調度算法分別分配給不同的任務(wù),多個(gè)任務(wù)分別在自己的時(shí)間片內訪(fǎng)問(wèn)CPU,達到微觀(guān)上輪流運行,宏觀(guān)上并發(fā)運行的多任務(wù)效果。程序流程如圖2所示。
任務(wù)是單線(xiàn)程序列指令形成的一個(gè)無(wú)限循環(huán),它有五種狀態(tài):休眠、就緒、運行、等待和中斷。實(shí)時(shí)內核是通過(guò)任務(wù)控制塊(TCB)來(lái)管理任務(wù)的。程序調用內核服務(wù)創(chuàng )建任務(wù),并在任務(wù)中分配一個(gè)任務(wù)控制塊,進(jìn)行初始化,使任務(wù)進(jìn)入就緒狀態(tài)。實(shí)時(shí)內核以事件為基礎,根據任務(wù)執行的狀態(tài),對任務(wù)進(jìn)行切換,狀態(tài)也隨之變化。在實(shí)時(shí)任務(wù)中,內存中存在多個(gè)任務(wù)控制模塊,以及各個(gè)任務(wù)獨立的私有堆棧。
任務(wù)進(jìn)行切換,首先要保存CPU寄存器內容到當前任務(wù)的任務(wù)控制塊中,然后從新任務(wù)的任務(wù)控制塊裝載堆棧指針,并將新任務(wù)的上下文裝載到CPU寄存器中,這樣就從一個(gè)任務(wù)切換到另一個(gè)任務(wù)運行。
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