基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μc/os-ii的智能窗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，智能窗已經(jīng)越來越多地被用到了現(xiàn)代智能化建筑中，他提供住戶一個(gè)安全、方便的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在未來的幾年內(nèi)，安裝智能窗的用戶將不斷增加。本文討論了一種基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-II的智能窗設(shè)計(jì)方法。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)功能如下：手動(dòng)按鈕開關(guān)窗戶；紅外遙控窗戶的開關(guān)；雨天能夠自動(dòng)把窗戶關(guān)閉；檢測(cè)到可燃?xì)怏w自動(dòng)把窗戶打開；遇有盜情，會(huì)發(fā)出刺耳的報(bào)警聲，把窗戶關(guān)閉，并發(fā)送一條短消息給住戶。CPU的選擇是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵所在。本系統(tǒng)的CPU采用了ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51單片機(jī)。主要基于以下幾點(diǎn)考慮；相比其他CPU價(jià)格便宜；經(jīng)過擴(kuò)展后可以移植操作系統(tǒng)μC／OS-II；51單片機(jī)在國內(nèi)研究的較早，技術(shù)成熟。系統(tǒng)還包括電源、存儲(chǔ)、按鍵、煤氣、濕度、盜情、電機(jī)等基本模塊。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 μc／os—II的移植

μC／OS-II是一個(gè)可移植（portable）、可固化的（rom-able）和占先式的（preempTIve）實(shí)時(shí)內(nèi)核，最多可以管理64個(gè)任務(wù)。μC／OS-II的源代碼公開，絕大部分代碼使用標(biāo)準(zhǔn)的ANSIC書寫，所以可以方便地移植到很多不同種類的處理器或控制器上。μC／OS-II中的任務(wù)包括休眠態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、掛起態(tài)和被中斷態(tài)5種狀態(tài)。所謂移植就是編寫與處理器相關(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(shí)別的數(shù)據(jù)類型和堆棧增長(zhǎng)方向。

②在OS_CPU_C. C中定義6個(gè)函數(shù)：OSTaskStklnit（）、OSTaskCreateHook（）、OSTaskSwHook（）、OSTaskDelHook（）、OSTaskStatHook（）、OSTimeTickHook（）。

③在0S_CPU_A.ASM中修改以下5個(gè)匯編函數(shù)：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(shù)、最多內(nèi)存分塊數(shù)、最多消息隊(duì)列數(shù)、最多任務(wù)數(shù)、最低任務(wù)優(yōu)先級(jí)、是否允許信號(hào)量使能、是否允許郵箱使能、是否允許消息隊(duì)列使能、時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)以及其他的一些配置。通過修改這些設(shè)置，可對(duì)μC／OS—II進(jìn)行裁減，使之適應(yīng)本系統(tǒng)的具體需要。

2.2 μC／OS—II下多任務(wù)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的功能模塊，可將整個(gè)系統(tǒng)劃分為幾個(gè)并行存在的任務(wù)來運(yùn)行，各個(gè)任務(wù)完成相對(duì)獨(dú)立的功能。μC／OS—II是占先式操作系統(tǒng)，對(duì)任務(wù)的調(diào)度是按優(yōu)先權(quán)的高低進(jìn)行的，優(yōu)先權(quán)的設(shè)置按照整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)序來確定，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行較重要和對(duì)實(shí)時(shí)性要求較嚴(yán)格的任務(wù)設(shè)成較高的優(yōu)先級(jí)。各任務(wù)優(yōu)先級(jí)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(jī)開窗任務(wù)、電機(jī)關(guān)窗任務(wù)、短信任務(wù)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)固定不變。CPU對(duì)大多數(shù)事件的處理都放在任務(wù)中完成，而各個(gè)任務(wù)由對(duì)應(yīng)的信號(hào)量激活。信號(hào)量可以由任務(wù)或外部中斷來發(fā)送。

(1)任務(wù)建立和資源分配
在起始任務(wù)中建立了一系列信號(hào)量來協(xié)調(diào)各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行，各信號(hào)量的作用如表2所示。

(2)主要任務(wù)描述　　首先建立一個(gè)主函數(shù)（main函數(shù)），在主函數(shù)中調(diào)用OSInit（）函數(shù)初始化μC／OS-II，然后建立第一個(gè)任務(wù)（起始任務(wù)），最后調(diào)用OSStart（）函數(shù)啟動(dòng)多任務(wù)。當(dāng)然，在建立主函數(shù)之前必須定義各個(gè)任務(wù)的堆棧，系統(tǒng)的全局變量和相關(guān)宏。主函數(shù)的程序清單如下：

起始任務(wù)（StartTask） 是系統(tǒng)建立的第一個(gè)任務(wù)，他主要有3個(gè)功能：完成對(duì)定時(shí)器、外中斷0和串行口的初始化；建立系統(tǒng)所要用到的信號(hào)量；建立系統(tǒng)的其他任務(wù)。

起始任務(wù)部分程序清單如下：

電機(jī)開窗任務(wù)（openwintask） 在電機(jī)開窗任務(wù)中首先等待信號(hào)量sem_open.該信號(hào)量是由煤氣處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)和手動(dòng)開窗任務(wù)發(fā)送的。如果其他任務(wù)發(fā)送了該信號(hào)量，程序就設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并控制p3.4送出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖，直到窗戶被打開。

電機(jī)關(guān)窗任務(wù)（closewintask） 該任務(wù)必須在信號(hào)量sem open有效時(shí)才會(huì)被激活。信號(hào)量sere_open有下雨處理任務(wù)、紅外遙控處理任務(wù)和手動(dòng)關(guān)窗任務(wù)發(fā)送。

短信任務(wù)則要得到盜情處理任務(wù)發(fā)出的信號(hào)量sam_dq時(shí)被激活。系統(tǒng)采用門磁傳感器作為人室盜竊報(bào)警信號(hào)發(fā)生器。當(dāng)窗戶被打開時(shí)，門磁的開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化，信號(hào)被發(fā)送到微處理器。微處理器檢測(cè)到信號(hào)輸入、控制GPRS模塊發(fā)送中文報(bào)警信息給戶主手機(jī)，戶主可根據(jù)短信及時(shí)報(bào)警，避免造成更大的損失。

3 小 結(jié)

完成了基于32位ARM微處理器LM3S615和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μc／os—II的嵌入式智能窗的設(shè)計(jì)開發(fā)，并為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了一種解決方案。μc／os—II作為一個(gè)優(yōu)秀的RTOS已經(jīng)被成功移植到多種體系結(jié)構(gòu)的微處理器上。將其移植到ARM平臺(tái)上能夠更深刻地理解RTOS的構(gòu)造，加快應(yīng)用和開發(fā)。把μC／OS—II引入到智能窗控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，使軟件的開發(fā)更具層次性，開發(fā)效率更高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，也更容易擴(kuò)展。