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基于μC/OS-II的光盤(pán)伺服控制系統的設計

作者: 時(shí)間:2007-03-09 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
摘要:介紹以Hitachi公司的H8S/2357F作為控制處理器,μC/OS-II作為實(shí)時(shí)操作系統的光盤(pán)伺服控制系統的設計和實(shí)現。該設計可以實(shí)現CD-ROM、CD-R/RW和DVD的伺服功能,適用于光盤(pán)伺服控制系統,具有便于維護、易于擴展等優(yōu)點(diǎn),對于支持多格式光盤(pán)的驅動(dòng)器和播放器的實(shí)現,具有重要的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞:μC/OS-II 實(shí)時(shí)操作系統 伺服控制 光盤(pán) 光盤(pán)伺服控制系統是典型的光機電一體化的控制系統,是光盤(pán)驅動(dòng)器和CD/VCD/DVD播放器的重要組成部分。目前業(yè)界普遍采用單片機與伺服控制數字信號處理器配合實(shí)現的結構,已可單片化(將單片機和伺服控制數字信號處理器集成在一塊芯片上)實(shí)現光盤(pán)伺服控制系統。不論是芯片組的形式,還是單片化的形式,都少不了以板級控制軟件(也稱(chēng)為固件)實(shí)現控制系統。目前普遍采用的方案是利用運行于單片機的小型操作系統實(shí)現光盤(pán)伺服系統。為采用自行研發(fā)的光盤(pán)伺服信號處理器實(shí)現支持多格式光盤(pán)的伺服控制系統,筆者對光盤(pán)伺服控制系統做了比較深入的研究。本文介紹了一種以Hitachi的H8S/2357F作為控制處理器,μC/OS-II作為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統的光盤(pán)伺服控制系統的設計和實(shí)現。 1 光盤(pán)伺服控制系統的硬件設計 光盤(pán)伺服控制系統的硬件設計如圖1所示。該設計采用自行研發(fā)的伺服數字信號處理器、Hitachi公司的H8S/2357F高性能16位微控制器、AKM公司的AK8566、TI公司的SSI3736等芯片實(shí)現CD-ROM、DVD和CD-R/RW的伺服功能。并在該系統中完成對自行研發(fā)的光盤(pán)伺服數字信號處理器設計的驗證,為光盤(pán)伺服系統的產(chǎn)品化做好準備。2 光盤(pán)伺服控制系統的軟件設計 系統分析和軟件設計是光盤(pán)伺服控制系統實(shí)現的難點(diǎn)之一,設計的優(yōu)劣關(guān)系到系統的讀碟能力、使用壽命、穩定性、擴展性、維護性等性能。因為要兼顧DVD、CD和CD-R/RW等光盤(pán)格式和各種不同的機械參數的設置,伺服控制軟件的設計變得相對復雜。為了使控制邏輯明了和易于實(shí)現,采用在H8S/2357F上運行μC/OS-II實(shí)現光盤(pán)伺服控制系統是一個(gè)比較好的選擇。H8S/2357F的資源比較豐富,μC/OS-II在H8上可以很好地運行,易于系統的開(kāi)發(fā)。 光盤(pán)伺服系統設計的關(guān)鍵是分析光盤(pán)伺服系統,把各個(gè)功能在μC/OS-II核的基礎上建立起來(lái),使其有機協(xié)調地運轉,實(shí)現光盤(pán)伺服控制系統。圖3 執行態(tài)的子系統之間的通信和切換關(guān)系2.1 μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統 μC/OS-II是由JEAN J.LABROSSE編寫(xiě)的一個(gè)源代碼公開(kāi)、可免費使用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統。它是μC/OS的一個(gè)升級版本。從最老的μCOS到最新的μC/OS-II,已有十多年的歷史。它的特點(diǎn)主要有:公開(kāi)源代碼、可移植性、可固化、可裁減、支持多任務(wù)、具有可確定性等。μC/OS-II面向中小型,是基于優(yōu)先級搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統,包含了實(shí)時(shí)內核、任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信同步(信號量、郵箱、消息隊列)和內存管理等功能,絕大部分代碼用C語(yǔ)言編寫(xiě),與硬件相關(guān)部分用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。 基于μC/OS-II的應用系統工作時(shí),首先把CPU初始化;接著(zhù)進(jìn)行操作系統初始化,主要完成任務(wù)控制塊(TCB)初始化、TCB優(yōu)先級表初始化、空任務(wù)的創(chuàng )建等;然后開(kāi)始創(chuàng )建新任務(wù),并可在新創(chuàng )建的任務(wù)中再創(chuàng )建其他的新任務(wù);最后調用OSSTART()函數啟動(dòng)多任務(wù)調度。 2.2 光盤(pán)伺服系統的分析 對光盤(pán)伺服控制系統的設計和實(shí)現已有一些參考資料。根據μC/OS-II的特點(diǎn)和光盤(pán)伺服系統工作的具體情況,筆者將實(shí)現的光盤(pán)伺服系統分為三個(gè)運行狀態(tài):Power-On State(上電態(tài))、Idle State(空閑態(tài))、Execution State(執行態(tài))。圖2表示了設定的三個(gè)狀態(tài)之間的關(guān)系和進(jìn)入各個(gè)狀態(tài)的條件。三個(gè)狀態(tài)中,執行態(tài)最為復雜。為了把復雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化,把執行態(tài)劃分為三個(gè)子系統:Host Interface(HIS)、Buffer Manager(BM)、 Disk Interface(DIS)。圖3表示了這三個(gè)子系統之間的聯(lián)系和進(jìn)入跳出各個(gè)子系統的條件。圖4表示了子系統之間的狀態(tài)變化及其條件,比較明晰地表示了執行態(tài)的實(shí)現過(guò)程。圖4 執行態(tài)子系統的任務(wù)狀態(tài)運行關(guān)系2.3 伺服系統的軟件結構 經(jīng)過(guò)如上分析,光盤(pán)伺服系統初始化后,創(chuàng )建了五個(gè)任務(wù):Host Task(主機任務(wù))、Serial Port Task(串口任務(wù))、Disk Read Task(讀盤(pán)任務(wù))、Disk Write Task(寫(xiě)盤(pán)任務(wù))、Servo Task(伺服任務(wù))。任務(wù)間通過(guò)Semaphore(信號量)和Mailbox(郵箱)進(jìn)行通信,實(shí)現交互控制和任務(wù)的切換。圖5表明了這五個(gè)任務(wù)之間的關(guān)系。圖5 光盤(pán)伺服系統的任務(wù)結構框圖下面給出主程序的框架: void main (void) { //初始化處理器和硬件 …… //產(chǎn)生任務(wù) OSTaskCreate(ServoTask,(void*)0,(void*)&ServoTaskStk[511],4); OSTaskCreate(DiscWrTask,(void*)0,(void*)&DiscWTaskStk[511],6); OSTaskCreate(DiscRdTask,(void*)0,(void*)&DiscRdTaskStk[511],8); OSTaskCreate(HostTask,(void*)0,(void*)&HostTaskStk3[511],10); OSTaskCreate(SerialCmdTask,(void*)0,(void*)&SerialCmdTaskStk[511],3); OSTaskCreate(ServoTimerTask,(void*)0,(void*)&ServoTimerTaskStk[511],1); //產(chǎn)生信號量和任務(wù)參數 …… //任務(wù)開(kāi)始運行 OSStart(); } 本設計在Hitachi公司提供的開(kāi)發(fā)系統HEW2上編譯實(shí)現,并在驗證系統實(shí)測。結果顯示:該設計可以實(shí)現CD-ROM、DVD和CD-R/RW的功能,適用于光盤(pán)伺服控制系統,具有便于維護、易于擴展等優(yōu)點(diǎn)。對于支持多格式光盤(pán)的驅動(dòng)器和播放器的實(shí)現,具有重要的參考價(jià)值。 linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解(linux不再難懂)


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