基于μC／OS-II的智能窗系統設計

摘要 隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適性和安全性的需求越來(lái)越強烈。智能窗將被越來(lái)越多地應用到現代智能化建筑中，它將提供給住戶(hù)一個(gè)安全、方便的環(huán)境。本文選用LM3S615微控制器芯片和實(shí)時(shí)操作系統μC／OS-II設計了嵌入式智能窗系統。
關(guān)鍵詞 ARMμC／OS-II智能窗

1 系統硬件設計
智能窗所要完成的功能如下：自動(dòng)智能防盜并能短信通知戶(hù)主，監控煤氣泄漏，自動(dòng)防風(fēng)，自動(dòng)防雨，智能遙控開(kāi)關(guān)窗門(mén)。CPU的選擇是嵌入式系統開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵所在。本文選用Luminary Micro(流明諾瑞)公司生產(chǎn)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(chē)電子和工控領(lǐng)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(kāi)放、移植性好、可裁減、搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統內核。其中大部分代碼是用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)的，只有極少部分與處理器密切相關(guān)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(guān)的代碼、與處理器無(wú)關(guān)的代碼以及與處理器相關(guān)的代碼。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
μC／OS―II是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，所以把系統軟件分割成多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)負責完成相應的處理工作，系統功能由多個(gè)任務(wù)協(xié)作完成。本系統的任務(wù)分配如表1所列。