基于A(yíng)RM和μC／OS-II的人造提花毛皮機控制系統

2 系統總體結構
本系統主要由ARM微處理器、存儲器、USB接口、步進(jìn)電機控制、選針器控制、D／A轉換電路和鍵盤(pán)及LCD顯示等模塊組成。系統啟動(dòng)后，微處理器根據設定的針筒轉速參數、反饋針筒脈沖數以及梳理頭密度參數來(lái)控制提花過(guò)程，不斷檢測斷毛、斷線(xiàn)
等自停信號，并根據反饋的針筒脈沖來(lái)統計產(chǎn)量和定長(cháng)自停。USB接口模塊主要用于輸入花型數據等參數，LCD模塊用于顯示花型數據。串口通信模塊用于實(shí)現與人造提花機主機的通訊。其系統總體結構框圖如圖1所示。

3 硬件電路設計
在傳統提花機的基礎上，本系統更新了ARM模塊、USB模塊以及LCD顯示模塊，符合人造提花機的發(fā)展趨勢,滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。
3．1 ARM微處理器系統
ARM微處理系統用于管理整個(gè)提花控制過(guò)程。本系統采用Samsung公司的S3C44BOX微處理器。S3C244BOX微處理器采用ARM7TDMI內核，工作在66 MHz,集成有8 KB Cache、外部存儲器控制器、LCD控制器、71個(gè)通用I／O端口、8個(gè)外部中斷源等。此外，本系統采用專(zhuān)用復位器件IMP811實(shí)現準確、高效的復位。系統時(shí)鐘采用外接10MHz和32．768 kHz的晶體振蕩器同時(shí)工作，其中,10 MHz晶體振蕩器經(jīng)ARM內部PLL倍頻轉換為66 M：Hz。32．768 kHz晶體振蕩器為ARM的RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)計時(shí)。OMO經(jīng)上拉電阻接高電平，OM1直接接地，確保OM[1：0]=01，從而確定nGCSO的總線(xiàn)寬度為16位。OM3，OM2同時(shí)接地，使得OM[3：2]=00，打開(kāi)內部PLL模式。PLL-CAD外接700 pF的系統時(shí)鐘環(huán)路電容；VDDRTC是RTC的電源接口，外接3 V電壓，為電池供電，不支持3．3 V電壓。VDD2外接2．5 V電壓，為內核供電。ARM處理器基本系統電路如圖2所示。

3．2 USB接口模塊
本系統采用USB接口技術(shù)，選用USB控制器SL811HS。SL811HS是Cypress公司可支持全速數據傳輸的USB控制器，可作為USB主機或作為設備的接口控制器：提供全速和低速兩種USB總線(xiàn)速率：片上集成有SIE、單端口Hub、USB收發(fā)器以及256 Byte的RAM：3．3 V的工作電壓；硬件自動(dòng)產(chǎn)生幀起始包SOF和CRC5／16校驗。采用S3C44BOX的nGCS5選通USB控制器SL811HS。SL811HS的其他
信號線(xiàn)與S3C344BOX的引腳對應相連。CPU可從外部U盤(pán)提取花型數據,具有即插即用功能，取代了傳統提花機中的串口通信模塊。USB接口硬件電路圖如圖3所示。

3．3 鍵盤(pán)及LCD顯示模塊
本系統采用TLC-VCT256／14G型控制器，可控制640480點(diǎn)陣彩色TFT液晶顯示屏，顯示256種顏色，實(shí)時(shí)效果好，CPU能隨時(shí)寫(xiě)入顯示存儲器而不影響顯示效果。

4 系統軟件設計
軟件設計是指在μC／OS-II的支撐平臺上設計各硬件模塊電路的驅動(dòng)程序，創(chuàng )建和啟動(dòng)多項任務(wù),創(chuàng )建消息郵箱完成各任務(wù)間的通信，從而控制整個(gè)提花過(guò)程。
4．1 主程序設計
程序啟動(dòng)后，跳轉至主函數開(kāi)始執行，調用函數ARMT argetInit()初始化ARM系統，包括：建立相關(guān)參數和變量，配置ARM處理器中斷端口，設置中斷，并初始化各個(gè)器件等。調用函數OSInit()初始化μC／OS-II操作系統。 調用函數OSTask Create
(Main_Task，(void*)0，(OS_STK*)Main_Task_Stack[TASK_STACK_SIZE-1]，Main_Task_PRIO)，創(chuàng )建主任務(wù)，并在主任務(wù)中創(chuàng )建各分任務(wù),完成整個(gè)系統控制。調用函數OSStait()，μC／OS-II開(kāi)始運行,執行主任務(wù)。
4．2 各分任務(wù)設計
分任務(wù)設計包括USB接口、步進(jìn)電機控制、選針器控制、D／A轉換電路、鍵盤(pán)LCD顯示等模塊。由于各任務(wù)間不完全獨立，因此要創(chuàng )建信號量、消息郵箱、消息隊列來(lái)完成任務(wù)間通信，該操作通過(guò)調用OSSemCreate()，OSM-boxCreate()，OSQGreate()函數完成。鍵盤(pán)掃描圖分任務(wù)函數為OSTask Create (Task KEY，(void*)0,(OS_STK*)Task_KEY_Stack[TASK_STACK_SIZE-1]，Task_KEY_PRIO)。創(chuàng )建其他任務(wù)函數，驅動(dòng)對應硬件。而步進(jìn)電機控制模塊、選針器控制模塊、D／A轉換電路模塊則延用傳統提花機設計，在此不做介紹，以下主要介紹改進(jìn)的鍵盤(pán)LCD顯示和USB接口模塊。
4．2．1 鍵盤(pán)及LCD顯示
鍵盤(pán)用于管理顯示以及系統所需的其他操作。當LCD任務(wù)和讀取任務(wù)都掛起,讀取任務(wù)向LCD任務(wù)提供顯示所必要的數據。各任務(wù)間的通信通過(guò)對應的信號量，消息隊列和消息郵箱來(lái)完成,任務(wù)流程如圖4所示。采用TLC-VCT256／14G控制器進(jìn)行顯示，編程簡(jiǎn)單。該控制器指令格式如表1所列。

其中，D3為保留位，DISP為顯示開(kāi)關(guān)位，A16、A17、A18為第17、18、19位顯示地址，CMD2、CMD1、CMD0為組合選擇內部寄存器通道位“000”時(shí)為地址低8位寄存器，“001”時(shí)為地址高8位寄存器，“010”為數據讀寫(xiě)通道，“100”’時(shí)為4頁(yè)功能寄存器。
對于LCD任務(wù)，首先創(chuàng )建LCD顯示任務(wù)函數：OST askCreate(Task_LCD，(void*)0，(OS_STK*)Task_LCD_Stac [TASK_STACK_SIZE-l]，Task_LCD_PRI-O)。任務(wù)掛起，等待讀取任務(wù)發(fā)送的消息隊列數據,收到消息隊列后，LCD任務(wù)就緒，得到CPU控制權,先調用地址寫(xiě)入函數void write addr (U32 address)；再調用數據寫(xiě)入函數void write data(U8 color)；最后
調用具體顯示函數實(shí)現屏幕顯示，顯示函數原型：void write_word(U16 rowi，U16 tier,U8 eolr1,U8 col-or2，U16 rel)。調用完成后返回，等待下一個(gè)消息的到來(lái)，以便執行下一環(huán)節的顯示任務(wù)。
4．2．2 USB接口
USB接口主要用于傳輸花型數據。USB任務(wù)與中斷服務(wù)函數以及存儲任務(wù)同步執行。USB插入后，產(chǎn)生中斷，中斷服務(wù)函數向USB任務(wù)發(fā)送OS-SemPost()信號量，告知USB任務(wù)CPU可與外部USB設備通信以及數據處理，USB任務(wù)接收該信號量后，獲得CPU的控制權，開(kāi)始執行相關(guān)函數。當讀完USB設備中的數據后，需要將數據存儲,進(jìn)而向存儲任務(wù)發(fā)送消息隊列OSOPost()，存儲任務(wù)開(kāi)始把發(fā)送的數據進(jìn)行存儲。USB數據讀取及存儲任務(wù)流程如圖5所示。

創(chuàng )建USB通信任務(wù)函數：OSTaskCreate(Task-USB，(void*)0，(OS_STK*)Task_USB_Stack[TASK_STACK_SIZE-1]，Task_USB_PRIO)。任務(wù)掛起，等待來(lái)自中斷處理函數的信號量：設計USB中斷處理函數(USB-INTRQ．C)負責發(fā)送設備命令，接收設備狀態(tài)信息，配置設備，供給電源；設計USB枚舉函數(USB_MU．C)實(shí)現硬件枚舉；設計Mass Storage類(lèi)設備的枚舉函數(UJSB_MS．C)實(shí)現Mass Storage類(lèi)協(xié)議中的命令操作，實(shí)現數據讀?。涸O計FAT文件系統操作函數(USB_FAT．C)操作文件系統，對FAT表定位，搜索和讀／寫(xiě)等操作；設計數據讀取函數(DAT．C)，完成ARM處理器通過(guò)數據線(xiàn)，片選線(xiàn)及讀／寫(xiě)控制線(xiàn)完成USBN9603數據的讀取。當檢測到USB設備接入(中斷來(lái)臨)時(shí)檢測設備狀態(tài)，響應設置命令,發(fā)送狀態(tài)信息，發(fā)送數據報告,主機開(kāi)始識別這個(gè)外接設備,在確定了該設備為USB Mass Storage類(lèi)的基礎上，主機得到USB閃存的介質(zhì)信息和文件系統信息，實(shí)現文件打開(kāi)和讀寫(xiě)操作。

5 結束語(yǔ)
人造提花毛皮機控制系統結合先進(jìn)的ARM技術(shù)以及性能優(yōu)越的μC／OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，精度高，效率好。采用USB技術(shù)及LCD顯示技術(shù)取代傳統提花機中的串口通信和數碼顯示，符合當今市場(chǎng)發(fā)展趨勢,因此本提花控制系統具備良好的應用前景。