基于WINCE的智能縫制設備嵌入實(shí)時(shí)操作系統

基于功能的系統層次劃分使各子系統可分別采用滿(mǎn)足其自身需求的專(zhuān)用軟硬件，既簡(jiǎn)化設計又保證性能。例如主控系統用于處理圖像顯示、文件管理、任務(wù)調度等，可采用較為通用的嵌入式軟硬件；而運動(dòng)控制子系統主要是接收數據并實(shí)時(shí)控制機電部件，因此需要采用專(zhuān)業(yè)化運動(dòng)控制件及相關(guān)軟硬件技術(shù)。基于該體系結構的縫制設備嵌入式系統主要具有4個(gè)特點(diǎn)：1)主系統可采用X86、ARM等高性能嵌入處理器，運動(dòng)控制子系統采用專(zhuān)用控制芯片，如FPGA、CPLD等；2)主、從系統通過(guò)通信接口實(shí)時(shí)通信，協(xié)同完成縫制任務(wù)；3)主系統采用嵌入實(shí)時(shí)操作系統作為基礎軟件平臺；4)主系統支持網(wǎng)絡(luò )化、圖形化數據加載與縫制任務(wù)管理等。

由于運動(dòng)控制系統主要解決基于專(zhuān)業(yè)硬件的多維高速插補運動(dòng)及相關(guān)控制問(wèn)題，與主控系統松散耦合。因此，主要研究主控系統嵌入實(shí)時(shí)軟件平臺的定制、擴展及其優(yōu)化技術(shù)等。

2 串縫制設備嵌入式系統體系結構

智能縫制設備的嵌入式系統除了體積小、資源受限等特點(diǎn)外，還需要滿(mǎn)足快速啟動(dòng)、圖形界面、實(shí)時(shí)控制、特殊設備驅動(dòng)等要求。綜合考慮系統的功能、研發(fā)成本及自主技術(shù)等因素，系統基礎軟件選擇WINCE操作系統。

2.1 WINCE定制與優(yōu)化

1)內核裁減。WINCE的內核定制可以通過(guò)Platform Builder(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PB)工具來(lái)完成。PB具有成熟的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括一系列開(kāi)發(fā)工具、上下文菜單、工具欄和快捷鍵。通過(guò)PB可以根據不同的硬件配置、不同的應用場(chǎng)合來(lái)定制、剪裁WINCE.net操作系統，最終生成操作系統內核鏡像文件。因此，內核裁減的主要工作在于確定應用需求，并完成應用需求與內核選項的映射。根據縫制設備嵌入式系統的圖形化啟動(dòng)、模塊實(shí)時(shí)加載、網(wǎng)絡(luò )化支持、串口通信、文件存儲與管理等功能，在裁減過(guò)程中需要支持核心運行庫支持，C Librariesand Runtimes；顯示驅動(dòng)支持，Geode／MediaGX；標準輸入設備(鼠標鍵盤(pán)等)支持，Input Devices；USB總線(xiàn)支持，USB Host；文件系統支持，Fat filesystem；串行通信支持，Serial等選項，并對其相關(guān)子項進(jìn)行細化。在裁減內核的基礎上，通過(guò)對相關(guān)庫文件的裁減也可以減少系統所需存儲空間。另外，通過(guò)精簡(jiǎn)、優(yōu)化系統，定制后系統的啟動(dòng)時(shí)間也從通用WINCE系統的90多秒縮短到20秒左右(硬件平臺為500MHzCPU、128MB內存的PC104板時(shí)，約需30s)。

2)功能擴展?？p制設備集光機電氣等多種技術(shù)于一體，外圍I／O設備種類(lèi)豐富，因此擴展操作系統內核實(shí)現對非通用硬件的驅動(dòng)非常重要。目前，主要采用內核模式和模塊模式方式來(lái)擴展操作系統。為提高系統穩定性，采用內核方式支持擴展設備。在內核模式下，每次添加新的軟件功能時(shí)均要求開(kāi)發(fā)人員修改操作系統源碼并重新編譯、生成新的內核。在核心態(tài)模塊中，依照WINCE系統的驅動(dòng)模型，開(kāi)發(fā)人員通過(guò)編程可以完成對特定設備I／O、中斷、時(shí)鐘等的驅動(dòng)。實(shí)際應用證明，基于該方式的WINCE內核功能擴展非常有效。

2.2 圖形化應用平臺開(kāi)發(fā)

圖形化應用平臺基于eMbedded Visual C++4.0開(kāi)發(fā)，為滿(mǎn)足輕量級、高可靠、可配置等要求，采用WIN32API組件開(kāi)發(fā)，可在占用最少資源的情況下達到最大效率。在開(kāi)發(fā)中運用動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式，預留對擴展功能的支持，實(shí)現了直觀(guān)、友好、易操作的圖形應用界面。

2.3 基于CF卡的嵌入式系統平臺構建

在完成操作系統定制及優(yōu)化的基礎上，需要對嵌入式軟硬件進(jìn)行整合。通過(guò)以下步驟完成所定制嵌入式軟件系統在目標嵌入式硬件平臺的部署：1)創(chuàng )建文件系統；2)部署定制的嵌入實(shí)時(shí)操作系統；3)安裝啟動(dòng)裝載程序；4)修改啟動(dòng)配置文件。完成后的CF卡文件目錄如圖2。

3 結束語(yǔ)

所形成的嵌入式軟件平臺現已在新型智能縫制設備嵌入式系統產(chǎn)品SKS-A20801中得到應用，證明該方法的技術(shù)路線(xiàn)可行。下一步，將結合嵌入式軟構件等技術(shù)，開(kāi)展可定制嵌入式軟件技術(shù)研究，形成滿(mǎn)足特定領(lǐng)域系列化產(chǎn)品需求的可定制嵌入式軟件平臺。

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