嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)及應(yīng)用學(xué)士學(xué)位論文

1、哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 題 目：嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)及應(yīng)用姓 名： 分院： 工學(xué)院 專業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 王 鑫 二0 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 一、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：是否同意參加答辯：指導(dǎo)教師簽字： 20 年 月 日 二、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)：是否同意參加答辯： 評(píng)閱教師簽字： 20 年 月 日 三、答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：是否建議授予學(xué)士學(xué)位：答辯委員會(huì)成員簽字：1、 2、 3、 4、 5、 6、7、 8、 9、 20 年 月 日 四、答辯委員會(huì)主任單位 答辯委員會(huì)主任職稱 答辯委員會(huì)主任簽字 20 年 月 日 五、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績(jī)： 學(xué)生所在分院蓋章

2、： 20 年 月 日哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)分 院工學(xué)院專 業(yè) 電子信息工程任務(wù)起止時(shí)間： 2012 年 12 月 10 日 至 2013 年 5 月 31 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)及應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容： 本課題將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與通用組態(tài)軟件技術(shù)結(jié)合在一起，提出一種嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境，它可以根據(jù)不同的組態(tài)配置文件生成不同功能的嵌入式控制器，不用編程，大大縮短了嵌入式產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，而且使產(chǎn)品具有豐富的人機(jī)界面，強(qiáng)大的控制功能，并能夠存儲(chǔ)一定數(shù)量的歷史數(shù)據(jù)。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度安排：1、查閱中外文文獻(xiàn)資料，

3、寫出文獻(xiàn)綜述階段：2012年12月10日2013年1月10日2、調(diào)查、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、研究階段：2013月1 月11日2013年3月31日3、設(shè)計(jì)（論文）撰寫與整理階段： 2013年4 月1 日2013年5月31日指導(dǎo)教師意見與要求： 簽字： 年 月 日主任意見： 簽字： 年 月 日摘 要自計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入“后pc”時(shí)代以來(lái)，控制系統(tǒng)正在向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化迅猛發(fā)展這使得控制技術(shù)與嵌入式技術(shù)的結(jié)合更加緊密?，F(xiàn)代工業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，可管理性和易用性提出了越來(lái)越高的要求，這使得常規(guī)儀表逐漸被以嵌入式系統(tǒng)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所代替。隨著工業(yè)自動(dòng)化尤其是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制目的

4、的方法越來(lái)越難以滿足實(shí)際的工程需要，這時(shí)，工程組態(tài)軟件應(yīng)運(yùn)而生了。在嵌入式這一特殊環(huán)境中，需要對(duì)工控組態(tài)軟件進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)環(huán)境的需要，由此產(chǎn)生了一種特殊的工控組態(tài)軟件嵌入式組態(tài)軟件。本文介紹了嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行喚醒選用的arm7微處理器和基于此微處理器的硬件平臺(tái)，以及嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)c/os-ii；在分析了嵌入式組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)后，詳細(xì)介紹了運(yùn)行環(huán)境所要完成的功能和數(shù)據(jù)處理流程，并提出了嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)思想；基于分析結(jié)果，根據(jù)具體配料稱重控制器的要求重新設(shè)計(jì)了外圍接口電路，在lpc2210微處理器上移植了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)c/os-ii和zlg/gui，開發(fā)了

5、外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序；詳細(xì)分析了嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境所用到的組態(tài)支撐模塊的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。利用設(shè)計(jì)好的嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境組態(tài)生成了一個(gè)配料稱重控制器，并檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)效果。實(shí)驗(yàn)表明，運(yùn)行環(huán)境能夠根據(jù)組態(tài)配置文件生成符合要求的嵌入式控制器，整個(gè)過(guò)程無(wú)需大量編程，并可根據(jù)需要設(shè)計(jì)出不同的人機(jī)界面，控制功能也可以自由的刪減，充分體現(xiàn)了組態(tài)軟件的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：嵌入式控制器；組態(tài)；arm；c/os-ii；配料稱重系統(tǒng)abstractsince the era of the post-pc since the computer technology, the control system is net

6、worked, digitized rapid development which makes more closely control the combination of technology and embedded technology. modern industrial control system scalability, manageability and ease of use of the ever-increasing demands, which makes conventional instruments have been gradually replaced by

7、 the computer control system core embedded systems. with development of industrial automation, remote monitoring system, the traditional through procedures designed to achieve control purposes it increasingly difficult to meet the actual project needs, this time, the engineering software came into b

8、eing. control configuration software embedded in this special environment, a special design to meet the needs of the system environment, resulting a special control configuration software - embedded configuration software.this article describes the embedded controller configuration software runs wak

9、e chosen arm7 microprocessor-based the microprocessor hardware platform, as well as embedded real-time operating system c / os-ii; in the analysis of the overall embedded configuration software structure, details the functions and data processing operating environment to complete the process, and em

10、bedded configuration software operating environment design ideas; based on the analysis of results, depending on the ingredients weighing controller requirements redesigned the peripheral interface circuit transplantation of embedded real-time operating system c / os-ii and zlg / gui lpc2210 micropr

11、ocessor and developed peripheral drivers; detailed analysis of the embedded configuration software used by the operating environment configuration support module design priorities and key technologies. using designed embedded controller configuration software operating environment configuration to g

12、enerate a batch weighing controller, and test the design effect. the experiments show that the operating environment can be generated to meet the requirements of the embedded controller configuration files, depending on the configuration, the whole process without a lot of programming, and can be de

13、signed according to the needs of different man-machine interface, control functions can also be free of the deletion, fully reflects the configuration software features.keywords: embedded controller; configuration; arm; c / os-ii; ingredient weighing system目 錄摘 要iabstractii目 錄iii第1章 緒 論11.1本課題的研究背景1

14、1.2嵌入式系統(tǒng)組態(tài)軟件11.3本課題的研究意義21.4本課題的主要工作3第2章 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境系統(tǒng)分析42.1嵌入式系統(tǒng)42.1.1嵌入式系統(tǒng)定義42.1.2嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)42.1.3嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)42.1.4嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)52.2嵌入式控制器硬件平臺(tái)52.2.1arm7tdmi_s微處理器52.2.2基于arm7的硬件平臺(tái)62.3嵌入式操作系統(tǒng)62.3.1 嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介62.3.2 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)c/os-ii82.4 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境整體架構(gòu)92.4.1 嵌入式組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)92.4.2 嵌入式組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境92.4.3 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境92.5 嵌入式組

15、態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境分析102.5.1 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的功能102.5.2 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)處理流程112.5.3 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)思想112.6 本章小結(jié)13第3章嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境具體設(shè)計(jì)143.1嵌入式控制器硬件平臺(tái)建立143.1.1 a/d采樣接口電路143.1.2脈沖信號(hào)檢測(cè)接口電路143.1.3 d/a輸出接口電路153.2 嵌入式操作系統(tǒng)c/os-ii移植153.2.1 編寫os_cpu.h163.2.2 編寫 os_cpu_c.c173.2.3 編寫os_cpu_a.s193.3 c/os-ii下外設(shè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)203.3.1 lcd驅(qū)動(dòng)開發(fā)203.3.2

16、 zlg/gui移植223.3.3 uart驅(qū)動(dòng)開發(fā)243.3.4 a/d驅(qū)動(dòng)開發(fā)253.3.5 定時(shí)器驅(qū)動(dòng)開發(fā)273.3.6 pwm驅(qū)動(dòng)開發(fā)273.4 運(yùn)行環(huán)境組態(tài)支撐模塊設(shè)計(jì)293.4.1 數(shù)據(jù)管理模塊293.4.2 圖形顯示模塊303.4.3 通信模塊313.4.4 i/o模塊323.4.5 控制算法模塊323.5本章小結(jié)34第4章 應(yīng)用案例實(shí)驗(yàn)及分析354.1 配料稱重控制器概述354.2 配料稱重控制器的設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)354.2.1控制器設(shè)計(jì)要求354.2.2控制器功能組態(tài)354.2.3控制器人機(jī)界面組態(tài)364.2.4控制器運(yùn)行檢驗(yàn)374.3 本章小結(jié)38結(jié) 論39致 謝40參考文獻(xiàn)41

17、附錄 a42附錄 b44附錄 c45第1章 緒 論1.1本課題的研究背景自計(jì)算機(jī)技術(shù)從20世紀(jì)90年代進(jìn)入充滿機(jī)遇的“后pc”時(shí)代以來(lái)，控制系統(tǒng)正在向網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化迅猛發(fā)展，這使得控制技術(shù)與嵌入式技術(shù)的結(jié)合更加緊密?，F(xiàn)代工業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，可管理性和易用性提出了越來(lái)越高的要求，這使得常規(guī)儀表逐漸被以嵌入式系統(tǒng)為核心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所替代。嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用，極大地提高了工業(yè)生產(chǎn)的信息化、現(xiàn)代化和自動(dòng)化水平。工業(yè)生產(chǎn)線上將廣泛應(yīng)用嵌入式控制技術(shù)和基于嵌入式技術(shù)的控制器。目前，各種各樣的新型嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用數(shù)量上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于通用計(jì)算機(jī)。在工業(yè)生產(chǎn)中，使用嵌入式技術(shù)的數(shù)字機(jī)床，智能工

18、具，工業(yè)機(jī)器人正在逐漸改變著傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)方式。因此，嵌入式系統(tǒng)將是今后的主流發(fā)展趨勢(shì)。隨著工業(yè)自動(dòng)化尤其是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)控制目的的方法越來(lái)越難以滿足實(shí)際的工程需要，這時(shí)，工程組態(tài)軟件應(yīng)運(yùn)而生了。在嵌入式系統(tǒng)這一特殊環(huán)境中，需要對(duì)工程組態(tài)軟件進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)環(huán)境的需要，由此產(chǎn)生了一種特殊的工控組態(tài)軟件嵌入式組態(tài)軟件。1.2嵌入式系統(tǒng)組態(tài)軟件1.通用組態(tài)軟件組態(tài)一詞來(lái)源于英文單詞configuration，“組態(tài)軟件”作為一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，到目前為止，并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義，它是伴隨著集散控制系統(tǒng)(distributed control system ，簡(jiǎn)稱dcs

19、)的出現(xiàn)而引入工業(yè)控制領(lǐng)域的。從組態(tài)軟件的內(nèi)涵上說(shuō)，組態(tài)軟件是指在軟件方面，操作人員根據(jù)應(yīng)用對(duì)象及控制任務(wù)的要求配置用戶應(yīng)用軟件的過(guò)程，也就是把組態(tài)軟件視為“應(yīng)用程序生成器”。從應(yīng)用角度講，組態(tài)軟件是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的監(jiān)控層，完成系統(tǒng)硬件與軟件的溝通、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，起到在管理層和控制層之間上傳下達(dá)的作用。在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中存在著兩大類可變因素：一是操作人員需求的變化；二是被控對(duì)象狀態(tài)的變化及被控對(duì)象所用硬件的變化。而組態(tài)軟件正式在保持軟件平臺(tái)執(zhí)行代碼不變的基礎(chǔ)上通過(guò)改變軟件配置信息(包括圖形文件、硬件配置文件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等)，適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)兩大可變因素的要求，構(gòu)建新的監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)軟件。

20、以這種方式構(gòu)建系統(tǒng)既提高了系統(tǒng)的成套速度，又保證了系統(tǒng)軟件的成熟性和可靠性，使用起來(lái)方便靈活，而且便于修改和維護(hù)。組態(tài)軟件的另一大特點(diǎn)是實(shí)時(shí)多任務(wù)，數(shù)據(jù)采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與算法實(shí)現(xiàn)、圖像顯示與人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢與管實(shí)時(shí)通信等多個(gè)任務(wù)要在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行。2.嵌入式組態(tài)軟件產(chǎn)生與發(fā)展嵌入式系統(tǒng)近些年發(fā)展迅速，在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)更是如此，越來(lái)越得到專業(yè)人士的青睞。它的主要作用是實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視、管理被控對(duì)象、數(shù)據(jù)處理等，或者輔助其他設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，完成各種自動(dòng)化處理的任務(wù)。然而縱觀工控行業(yè)，雖然嵌入式硬件設(shè)備很多，但嵌入式應(yīng)用軟件卻極度缺乏，嚴(yán)重地限制了嵌入式系統(tǒng)在工控行業(yè)的應(yīng)用和推廣，制約

21、著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。目前的嵌入式系統(tǒng)，無(wú)論是不裝操作系統(tǒng)的，還是裝有windows ce、linux等操作系統(tǒng)的，支持組態(tài)軟件的都很少，用戶如果需要開發(fā)一個(gè)嵌入式的監(jiān)控系統(tǒng)，一般都需要親自編程。這樣不僅開發(fā)工作量大、周期長(zhǎng)，而且系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性也較差，同時(shí)以后系統(tǒng)的軟件升級(jí)與維護(hù)也比較困難。另一方面，組態(tài)軟件已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展了十幾年，并且取得了巨大的成功。它從根本上改變了技術(shù)工控系統(tǒng)需要大量編程的開發(fā)方法。所以將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與組態(tài)軟件及時(shí)相結(jié)合，行程一種類似于通用組態(tài)軟件的嵌入式組態(tài)軟件，使之能夠快速、高效、方便地開發(fā)出適應(yīng)各種場(chǎng)合的嵌入式系統(tǒng)是必然的。目前國(guó)內(nèi)外的嵌入式組態(tài)技術(shù)尚處于

22、發(fā)展初期，相應(yīng)的軟件產(chǎn)品并不多。國(guó)外方面，indusoft web studio生產(chǎn)的嵌入式hmi/scada軟件據(jù)說(shuō)是市場(chǎng)上第一個(gè)可以運(yùn)行于windows ce上的嵌入式組態(tài)軟件，它可以運(yùn)行于多種處理器上，如arm、mips、mipsfp、sh3、powerpc、thumb等，而其他的一些嵌入式組態(tài)軟件則只能運(yùn)行于有限的幾種處理器上。progea的movicon ce可以在windows ce下運(yùn)行。國(guó)內(nèi)的嵌入式組態(tài)軟件還相當(dāng)?shù)纳?，比較有影響的有亞控公司的組態(tài)王嵌入式版和北京昆侖通態(tài)的mcgse。組態(tài)王嵌入式版6.0是亞控公司在組態(tài)王6.0基礎(chǔ)上，為嵌入式應(yīng)用開發(fā)的產(chǎn)品，具有功能強(qiáng)、通信方便

23、、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。mcgse(monitor and control generated system forembedded，嵌入式通用監(jiān)控系統(tǒng))是一種用于快速構(gòu)造和生成嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。它通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案。3.嵌入式組態(tài)軟件與通用組態(tài)軟件比較嵌入式組態(tài)軟件是相對(duì)于通用組態(tài)軟件來(lái)說(shuō)的，是從通用組態(tài)軟件發(fā)展而來(lái)的，因此它們之間有著很多相似之處，但也有很明顯的區(qū)別，從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，嵌入式組態(tài)軟件和通用組態(tài)軟件一樣，都是由開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境組成。開發(fā)環(huán)境用于人機(jī)界面設(shè)計(jì)、硬件參數(shù)配置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)

24、計(jì)等系統(tǒng)配置工作，然后將設(shè)計(jì)好的應(yīng)用軟件投入運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行。從功能上說(shuō)，在工控行業(yè)它們都是用于完成對(duì)被控對(duì)象的監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集，都具備實(shí)時(shí)多任務(wù)的能力。但是通用組態(tài)軟件的開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境大都是基于windows操作系統(tǒng)的，系統(tǒng)難以裁剪、固化、不能用于對(duì)可靠性、實(shí)時(shí)性和安全性要求很高的控制系統(tǒng)中。而且由于這些組態(tài)軟件都是pc-based的，不適合應(yīng)用在對(duì)體積、功耗和成本等有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。嵌入式組態(tài)軟件則不同，它的開發(fā)環(huán)境一般基于通用性較強(qiáng)的windows平臺(tái)上，而運(yùn)行環(huán)境卻具有多樣性，它的硬件平臺(tái)可以試pc/104那樣標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式應(yīng)用平臺(tái)，也可以是為具體應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的平臺(tái)；它的操作系統(tǒng)有w

25、ince、clinux、vxworks、c/os-ii等多種選擇。嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的軟硬件都具有可裁剪性，可根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行伸縮性配置。開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)好的配置文件和操作系統(tǒng)都固化在rom、flash等會(huì)存儲(chǔ)器中，而不是工控機(jī)的磁盤等載體中。由于運(yùn)行環(huán)境采用的一般是實(shí)時(shí)性強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行不需要人的干涉，所以很適合那些穩(wěn)定性、時(shí)尚性高的操作系統(tǒng)。另外，嵌入式系統(tǒng)體積小。，功耗低，也更適合特定現(xiàn)場(chǎng)的控制。1.3本課題的研究意義通用組態(tài)軟件已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域取得了巨大的成功，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也越來(lái)越得到工控專業(yè)人士的青睞，所以兩者的結(jié)合時(shí)其發(fā)展的必然趨勢(shì)。嵌入式組態(tài)軟件不具備嵌入式軟件開

26、發(fā)經(jīng)驗(yàn)的用戶能夠在極短的時(shí)間內(nèi)，快速開發(fā)完成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，同時(shí)又保證了整個(gè)系統(tǒng)的小體積，低成本，高實(shí)時(shí)性和高可靠性。同時(shí)，嵌入式組態(tài)軟件的研制也是迫切需要的。雖然國(guó)內(nèi)有眾多嵌入式硬件廠家，市場(chǎng)上也有多種可用的嵌入式操作系統(tǒng)，但是方便用戶開發(fā)嵌入式控制系統(tǒng)的平臺(tái)少之又少。目前國(guó)內(nèi)外的嵌入式組態(tài)軟件還處于發(fā)展時(shí)期，成熟的產(chǎn)品還不多，離用戶對(duì)嵌入式組態(tài)軟件的需求還有很大差距。所以，嵌入式組態(tài)軟件具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景，研制嵌入式組態(tài)軟件具有重要的意義，本課題將把設(shè)計(jì)好的嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境用于配料稱重控制器的研發(fā)。1.4本課題的主要工作本課題將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)與通用組態(tài)軟件技術(shù)結(jié)合在一起，提

27、出一種嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境，它可以根據(jù)不同的組態(tài)配置文件生成不同功能的嵌入式控制器，不用編程，大大縮短了嵌入式產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，而且使產(chǎn)品具有豐富的人機(jī)界面，強(qiáng)大的控制功能，并能夠存儲(chǔ)一定數(shù)量的歷史數(shù)據(jù)。本課題的研究?jī)?nèi)容如下：1.在對(duì)嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境整體結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況選擇了設(shè)計(jì)組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境需要的硬件平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng)。2.根據(jù)具體應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)已有硬件平臺(tái)的外圍接口電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，增加了a/d采樣接口、脈沖信號(hào)檢測(cè)接口和d/a輸出接口電路。3.為了充分發(fā)揮32位cpu的多任務(wù)潛力，滿足嵌入式組態(tài)軟件實(shí)時(shí)多任務(wù)的要求，選擇了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)c/os-ii來(lái)

28、對(duì)運(yùn)行環(huán)境中的軟件各部分進(jìn)行管理，因此對(duì)于c/os-ii在arm7微處理器上的移植及其c/os-ii下的外設(shè)驅(qū)動(dòng)開發(fā)需進(jìn)行深入研究。4.為了能夠根據(jù)不同的組態(tài)配置文件生成不同功能的嵌入式控制器，需對(duì)組態(tài)支撐模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，它主要包括數(shù)據(jù)管理模塊、圖形顯示模塊、通信模塊、i/o模塊和控制算法模塊等。在嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計(jì)完成后，利用它設(shè)計(jì)生成一個(gè)配料稱重控制器，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。 第2章 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境系統(tǒng)分析2.1嵌入式系統(tǒng)2.1.1嵌入式系統(tǒng)定義所謂嵌入式系統(tǒng)(embedded system)，ieee的定義是：用于控制、監(jiān)視或者輔助操作的機(jī)器、設(shè)備或裝置(原文為de

29、vices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants)。術(shù)語(yǔ)“嵌入式”反映了這些系統(tǒng)通常是更大系統(tǒng)中的一個(gè)完整子系統(tǒng)，被嵌入的系統(tǒng)中可以共存多個(gè)這樣的嵌入式系統(tǒng)。2.1.2嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)自底向上逐漸演化為4層結(jié)構(gòu)。1.硬件平臺(tái)。是支撐整個(gè)嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的硬件環(huán)境，它由嵌入式微處理器最小系統(tǒng)擴(kuò)展外圍電路和輸入/輸出設(shè)備等部分組成。單獨(dú)一個(gè)嵌入式微處理器是不能工作的，它還必須包括供電電路、時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位系統(tǒng)和必要的存儲(chǔ)器組成最小系統(tǒng)才能正常工作。擴(kuò)展外

30、圍電路通常根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的差別而有所不同，一般包括a/d、d/a、i/o和通信接口等，有的還包括音頻、圖像控制器。輸入/輸出設(shè)備主要是指人機(jī)交互接口，如鍵盤、lcd和觸摸屏等。2.板級(jí)支持包。是后來(lái)演化出來(lái)的一層結(jié)構(gòu)，也叫做硬件抽象層，是介于硬件與軟件之間的中間層次。板級(jí)支持包通過(guò)特定的上層接口與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互，向操作系統(tǒng)提供底層的硬件信息，并根據(jù)操作系統(tǒng)的要求完成對(duì)硬件的直接操作。3.嵌入式操作系統(tǒng)。負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)中全部軟硬件資源的分配與回控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動(dòng)：提供用戶程序接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；為用戶擴(kuò)展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺(tái)。它具有規(guī)模小、可裁剪、可固化和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。4.

31、嵌入式應(yīng)用程序。是運(yùn)行于嵌入式操作系統(tǒng)之上的各個(gè)人物，每個(gè)人物均有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，操作系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)任務(wù)的要求，進(jìn)行資源管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度及異常處理等工作。不同應(yīng)用系統(tǒng)的用戶應(yīng)用程序也不盡相同。2.1.3嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)一般具有體積小、功耗低、實(shí)時(shí)性強(qiáng)和可靠性高等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)和具有應(yīng)用緊密結(jié)合在一起，使得它的升級(jí)換代和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，便具有較長(zhǎng)的生命周期。各不相同的應(yīng)用領(lǐng)域決定了嵌入式系統(tǒng)行業(yè)是不可壟斷的、高度分散的，充滿競(jìng)爭(zhēng)、機(jī)遇與創(chuàng)新，即便在體系結(jié)構(gòu)上存在著主流，也沒(méi)有哪一個(gè)系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷全部市場(chǎng)。另外，

32、嵌入式系統(tǒng)是被嵌入的設(shè)備機(jī)密相連的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，有很強(qiáng)的專用性，這就決定了其硬件平臺(tái)的多樣性，必須根據(jù)應(yīng)用的不同，設(shè)計(jì)專門的硬件平臺(tái)：也正因?yàn)槿绱?，?dǎo)致了用戶軟件必須根據(jù)功能和硬件的差別來(lái)“量體裁衣”，一般要針對(duì)具體的硬件平臺(tái)進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植和應(yīng)用程序的重新編寫。2.1.4嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)根據(jù)嵌入式系統(tǒng)硬件多樣化和軟硬結(jié)合緊密的特點(diǎn)，目前比較常用的開發(fā)方法有兩種：軟硬件分離設(shè)計(jì)方法和軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法。1.軟硬件分離設(shè)計(jì)方法。在計(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展初期，軟硬件的設(shè)計(jì)流程截然不同，軟件設(shè)計(jì)者編寫程序，硬件設(shè)計(jì)者連接元件，兩者的設(shè)計(jì)不可能交互，必須單獨(dú)進(jìn)行。這種設(shè)計(jì)者編寫程序，硬件設(shè)計(jì)者連接元件，兩

33、者的設(shè)計(jì)不可能交互，必須單獨(dú)進(jìn)行。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法被稱為“軟硬件分離設(shè)計(jì)”。在此方法中，軟硬件劃分在系統(tǒng)開發(fā)的初期進(jìn)行，一次性劃分后軟件和硬件所分配的功能就不能改變。軟件通過(guò)編寫程序運(yùn)行在微處理器上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全或大部分功能，硬件則主要通過(guò)“板級(jí)”專用電路為軟件運(yùn)行提供平臺(tái)。這種設(shè)計(jì)方法可使軟硬件開發(fā)并行推進(jìn)，但聯(lián)調(diào)必須等到軟硬件都開發(fā)出來(lái)后才能進(jìn)行。由于軟硬件開發(fā)過(guò)程割裂和最初的功能劃分不協(xié)調(diào)等原因，可能會(huì)暴露出很多問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)重新開發(fā)。2.軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法。隨著近年來(lái)soc技術(shù)的進(jìn)步，軟件編譯和硬件綜合技術(shù)的并行發(fā)展，如今兩個(gè)領(lǐng)域都可以時(shí)序程序描述行為作為設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，如軟件使用c

34、語(yǔ)言、硬件使用hdl進(jìn)行描述。這使得軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)成為可能。此方法中，對(duì)于某個(gè)特定功能的軟硬件劃分主要是取決于性能、功率、大小和靈活性等設(shè)計(jì)指標(biāo)，沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)可在設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)階段同時(shí)考慮兩者的功能和性能，找到其最佳組合方式，并且在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)前就可以進(jìn)行協(xié)同仿真和驗(yàn)證，保證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和完整性。如何簡(jiǎn)潔有效地開發(fā)出應(yīng)用于各種不同環(huán)境的嵌入式系統(tǒng)，是嵌入式系統(tǒng)發(fā)展中所必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。2.2嵌入式控制器硬件平臺(tái)2.2.1arm7tdmi_s微處理器arm即advanced risc machines 的縮寫。1990年arm公司成立于英國(guó)劍橋，主要從事芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)(ip)

35、核的設(shè)計(jì)。它本身并不生產(chǎn)芯片，靠轉(zhuǎn)讓技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體 、軟件和oem廠商來(lái)生產(chǎn)各具特色的芯片。arm處理器具有三個(gè)顯著的特點(diǎn)，一、耗電少、成本低、功能強(qiáng)；二、16位/32位雙指令集；三、全球眾多合作伙伴保證芯片供應(yīng)。arm處理器當(dāng)前有6個(gè)產(chǎn)品系列：arm7、arm9、arm9e、arm10e、arm11和securcore，其中arm11為最近推出的產(chǎn)品。進(jìn)一步的產(chǎn)品來(lái)自于合作伙伴，例如intel xscale。arm7內(nèi)核采用馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)和指令使用同一條總線。內(nèi)核執(zhí)行armv4指令集，有一條3級(jí)流水線，可使取指、譯碼、執(zhí)行三個(gè)操作同時(shí)進(jìn)行，并使處理和存儲(chǔ)器系統(tǒng)連續(xù)操

36、作，能提供0.9mips/mhz的執(zhí)行速度，主頻在20mhz-133mhz之間。arm7系統(tǒng)包括arm7tdmi、arm7tdmi-s、帶有高速緩存處理器宏單元的arm720t和擴(kuò)充了jazelle的arm7ej-s四種類型，主要用于適應(yīng)不同的市場(chǎng)需求。arm7系列處理器主要用于對(duì)功耗和成本要求比較苛刻的消費(fèi)類產(chǎn)品和嵌入式設(shè)備，包括internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備以及移動(dòng)電話、pda等無(wú)線設(shè)備。本課題采用了arm7tdmi-s內(nèi)核的微處理器。內(nèi)核命名的具體含義是t 16位壓縮指令集thumbd 在片調(diào)試(debug)支持，允許處理器響應(yīng)調(diào)試請(qǐng)求暫停m 增強(qiáng)型乘法器(multiplie

37、r)，與以前處理器相比性能更高，產(chǎn)生全64位結(jié)果i 嵌入式ice硬件提供片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)支持-s 可綜合(synthesizable)版本arm7tdmi-s同樣是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(risc)原理而設(shè)計(jì)，指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡(jiǎn)單的多，實(shí)現(xiàn)了高的指令吞吐量，出色的實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)，小的、高性價(jià)比的處理器宏單元。2.2.2基于arm7的硬件平臺(tái) 本課題選用了周立功單片機(jī)公司的產(chǎn)品easyarm2200作為嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的研究基礎(chǔ)。easyarm2200開發(fā)板是一款功能強(qiáng)大的32位arm單片機(jī)開發(fā)板，采用了nxp公司以arm7tdmi-s為內(nèi)核、總線開放的單片機(jī)lpc2

38、210.lpc2210是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位arm7tdmi-s cpu的微控制器，144腳lqfp封裝，cpu1.8v、i/o3.3v雙電源供電。具體特性如下：1.16kb靜態(tài)ram2.外部8位、16位或32位總線3.通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口可將存儲(chǔ)器配置成4組，每組的容量高達(dá)16mb4.8路10位a/d轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44s5.2個(gè)32位定時(shí)器(帶4路捕獲和4路比較通道)、pwm單元(6路輸出)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和看門狗6.多個(gè)串行接口，包括2個(gè)16c550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)uart、高速ic接口(400kbps)和2個(gè)spi接口7.通過(guò)片內(nèi)pll可實(shí)現(xiàn)最大為60mhz的cpu操作頻率

39、8.向量中斷控制器，可配配置優(yōu)先級(jí)和向量地址9.多達(dá)個(gè)通用i/o口(可承受v電壓)，12個(gè)獨(dú)立外部中斷引腳(eint和cap功能)10.2個(gè)低功耗模式：空閑和掉電，通過(guò)外部中斷可將處理器從掉電模式中喚醒11.可通過(guò)個(gè)別使能/禁止外部功能來(lái)優(yōu)化功耗easyarm2200開發(fā)板的硬件配置如下:1.lpc2210，可選用多種兼容芯片2.20針jtag接口，支持ads1.2集成開發(fā)環(huán)境3.4m位sram，16m位flash4.rtl8019as網(wǎng)卡芯片和rj45以太網(wǎng)接口5.2個(gè)rs232串口，1個(gè)支持標(biāo)準(zhǔn)modem6.具有ide硬盤接口和cf存儲(chǔ)卡接口7.圖形液晶顯示接口8.16個(gè)按鍵和8個(gè)led八

40、段碼9.adc接口和pwm輸出接口嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖2-1所示：2.3嵌入式操作系統(tǒng)2.3.1 嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介 在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的初期，由于硬件資源有限(微處理器運(yùn)算速度低，rom/ram容量小等)，系統(tǒng)規(guī)模小，控制功能簡(jiǎn)單，軟件部分一般不包括嵌入式操作系統(tǒng)，只是針對(duì)具體的應(yīng)用編寫軟件代碼。單色lcd240x128dotsuartrs232串口a/d采樣接口電路基于arm7tdmi-s核的微處理器lcp2210脈沖信號(hào)檢測(cè)接口電路存儲(chǔ)器系統(tǒng)sarmflashd/a輸出接口電路鍵盤圖 2-1 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)框圖嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中用得

41、越來(lái)越廣泛，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得越來(lái)越重要。首先，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的可靠性。長(zhǎng)期以來(lái)，前后臺(tái)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在遇到強(qiáng)干擾時(shí)，運(yùn)行的程序可能產(chǎn)生異常、出錯(cuò)、跑飛甚至死循環(huán)，造成了系統(tǒng)的崩潰。而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)管理的系統(tǒng)。這種干擾可能只是引起若干進(jìn)程中的一個(gè)被破壞，可以通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行的系統(tǒng)監(jiān)控進(jìn)程對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。其次提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境下，開發(fā)一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用程序，通?？梢园凑哲浖こ讨械慕怦钤瓌t將整個(gè)程序分解為多個(gè)任務(wù)模塊。每個(gè)任務(wù)模塊的調(diào)試、修改幾乎不影響其他模塊。再次，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了32位cpu的多任務(wù)潛力。32位cpu比8位、

42、16位cpu運(yùn)行快，另外它本來(lái)就是為運(yùn)行多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，特別適于運(yùn)行多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。如果還是采用以前的前后臺(tái)方式，則無(wú)法發(fā)揮32位cpu的優(yōu)勢(shì)。在嵌入式應(yīng)用中，只有把cpu嵌入到系統(tǒng)中，同時(shí)又把操作系統(tǒng)嵌入進(jìn)去，才是真正的計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用。嵌入式操作系統(tǒng)有以下幾大特點(diǎn)：1.占用存儲(chǔ)空間小。嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件一般都固化在rom、flash等中，其存儲(chǔ)容量有限，所以嵌入式操作系統(tǒng)必須做到規(guī)模小以滿足嵌入式系統(tǒng)硬件的限制。2.實(shí)時(shí)性。是指能夠在限定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定的功能并對(duì)外部的異步事件做出響應(yīng) 的能力。嵌入式系統(tǒng)一般是為完成一系列具體任務(wù)而設(shè)計(jì)，因而總是要求系統(tǒng)在規(guī)

43、定的時(shí)間內(nèi)完成某些操作，對(duì)中斷能做出及時(shí)準(zhǔn)確的響應(yīng)，所以嵌入式操作系統(tǒng)必須具備實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。3.健壯性。包含弱交互性和強(qiáng)穩(wěn)定性兩層意思。嵌入式操作系統(tǒng)開始運(yùn)行后就不需要人過(guò)多的干預(yù)。它的用戶接口一般不提供操作命令，只是通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。由于沒(méi)有人為干預(yù)，而嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境一般又較pc運(yùn)行環(huán)境惡劣。車載、太空、強(qiáng)電干擾、輻射等等，都有可能造成系統(tǒng)運(yùn)行指令的紊亂。因此要求嵌入式操作系統(tǒng)有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，在一些進(jìn)程被損壞時(shí)可以進(jìn)行修復(fù)、清楚等操作。4.具備自引導(dǎo)功能。當(dāng)一個(gè)微處理器最初啟動(dòng)時(shí)，它首先執(zhí)行一個(gè)預(yù)定地址處的指令。通常這個(gè)位置是只讀內(nèi)存。其中存放著系統(tǒng)初始化或引導(dǎo)程序，

44、在pc中，它就是bios。而在嵌入式系統(tǒng)中，由于沒(méi)有bios，系統(tǒng)加電后直接執(zhí)行嵌入式操作系統(tǒng)代碼，因此在嵌入式操作系統(tǒng)的啟動(dòng)代碼中需要考慮目標(biāo)板的設(shè)計(jì)。5.可裁剪、可移植。因所需完成的目標(biāo)不同，嵌入式操作系統(tǒng)必須能夠根據(jù)應(yīng)用的要求進(jìn)行裁剪，去掉多余的部分，或者簡(jiǎn)化相應(yīng)的模塊。另外由于硬件平臺(tái)的多樣性，所以嵌入式操作系統(tǒng)還要具有較好的可移植性，來(lái)適應(yīng)不同的微處理器。2.3.2 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)c/os-ii目前市場(chǎng)上有很多種嵌入式操作系統(tǒng)，常見的有：嵌入式linux、windows ce、vxworks、nucleus、c/os-ii等?？紤]到版權(quán)費(fèi)用，源代碼開放和獲取渠道等問(wèn)題，本課題的研

45、究將使用c/os-ii作為嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的操作系統(tǒng)。c/os-ii讀作“micro c o s 2”，意為“微控制器操作系統(tǒng)版本2”。c/os-ii是一個(gè)完整的，可移植、固化、裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核。c/os-ii是用ansi的c語(yǔ)言編寫的，包含一小部分匯編語(yǔ)言代碼，使之可供不同架構(gòu)的微處理器使用。至今，c/os-ii已在照相機(jī)行業(yè)、航空業(yè)、高端音響、醫(yī)療器械、電子樂(lè)器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)置、高速公路電話系統(tǒng)、自動(dòng)提款機(jī)及工業(yè)機(jī)器人等眾多領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。c/os-ii有以下一些特點(diǎn)：1.有源代碼，c/os-ii的源代碼可從microc/os-ii the real-time kern

46、el，second edition一書中獲得，也可從其他出版物或網(wǎng)絡(luò)上獲得。源代碼標(biāo)有詳盡的注解清晰易讀、結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)。2.可移植性(portable)。c/os-ii源碼絕大部分是用移植性很強(qiáng)的ansi c寫的，與微處理器硬件相關(guān)的部分是用匯編語(yǔ)言寫的。匯編語(yǔ)言寫的部分已經(jīng)壓到最低限度，以使c/os-ii便于移植到其他微處理器上。3.可固化(romable)。c/os-ii是為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，這就意味著，只要具備核實(shí)的系列軟件工具(c編譯、匯編、鏈接及下載/固化)，實(shí)際上就可以將c/os-ii嵌入到產(chǎn)品中作為產(chǎn)品的一部分。4.可裁剪(scalable)?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用程序的需要來(lái)選擇使用c/

47、os-ii中的系統(tǒng)服務(wù)，這樣可以減少產(chǎn)品中c/os-ii所需的存儲(chǔ)空間(ram和rom)。5.可剝奪性(preemptive)。c/os-ii是完全可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核，即c/os-ii總是運(yùn)行就緒條件下優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。6.多任務(wù)。c/os-ii可以管理64個(gè)任務(wù)，其中建議保留8個(gè)給系統(tǒng)任務(wù)，這樣用戶的應(yīng)用程序最多可有56個(gè)任務(wù)，賦予每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)必須是不相同的，所以c/os-ii不支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法(round-robin scheduling)。7.可確定性。絕大多數(shù)c/os-ii的函數(shù)調(diào)用和服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間具有可確定性。也就是說(shuō)，用戶總是能知道c/os-ii的函數(shù)調(diào)用與服務(wù)執(zhí)行了多長(zhǎng)時(shí)

48、間，并且執(zhí)行時(shí)間不依賴于用戶應(yīng)用程序任務(wù)數(shù)目的多少。8.任務(wù)棧。每個(gè)任務(wù)都有自己?jiǎn)为?dú)的棧。c/os-ii語(yǔ)序每個(gè)任務(wù)有不同的棧空間，以便壓低應(yīng)用程序?qū)am的需求。使用c/os-ii的?？臻g校驗(yàn)函數(shù)，可以確定每個(gè)任務(wù)到底需要多少?？臻g。9.系統(tǒng)服務(wù)。c/os-ii提供很多系統(tǒng)服務(wù)，例如信號(hào)量、互斥型信號(hào)量、時(shí)間標(biāo)志、消息郵箱、消息隊(duì)列、內(nèi)存塊的申請(qǐng)與釋放及時(shí)間管理函數(shù)等。10.中斷管理。中斷可以使正在執(zhí)行的任務(wù)暫時(shí)掛起。如果優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)被中斷喚醒，則高優(yōu)先級(jí)任務(wù)在中斷嵌套全部退出后立即執(zhí)行，中斷嵌套層數(shù)可達(dá)到255層。11.穩(wěn)定性與可靠性。c/os-ii在一個(gè)航空項(xiàng)目中得到了美國(guó)聯(lián)邦航空管

49、理局對(duì)于商用飛機(jī)的、符合rtca do-178b標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。它的每一種功能、每一個(gè)函數(shù)及每一行代碼都經(jīng)過(guò)了考驗(yàn)與測(cè)試。2.4 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境整體架構(gòu)2.4.1 嵌入式組態(tài)軟件結(jié)構(gòu) 嵌入式組態(tài)軟件和通用組態(tài)軟件一樣，都由開發(fā)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境組成。如圖2-2所示：嵌入式操作系統(tǒng)arm硬件平臺(tái)運(yùn)行環(huán)境串口windows操作系統(tǒng)pc機(jī)開發(fā)環(huán)境圖 2-2 嵌入式組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)框圖開發(fā)環(huán)境運(yùn)行于普通的pc機(jī)上，運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行于嵌入式系統(tǒng)上。運(yùn)行環(huán)境所在的嵌入式系統(tǒng)由硬件平臺(tái)和軟件部分組成，軟件又分為操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩個(gè)部分。嵌入式操作系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)牟眉艉鸵浦?，使得能夠適應(yīng)所用的硬件平臺(tái)，應(yīng)用軟件主

50、要是指嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的實(shí)現(xiàn)部分。2.4.2 嵌入式組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境 嵌入式組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境運(yùn)行于人機(jī)界面良好的windows系統(tǒng)上，為嵌入式控制系統(tǒng)提供了一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過(guò)這個(gè)平臺(tái)開發(fā)人員可以方便的進(jìn)行控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)、硬件參數(shù)配置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、控制流程設(shè)計(jì)等操作，然后將組態(tài)結(jié)果轉(zhuǎn)換為運(yùn)行環(huán)境能夠快速讀取的組態(tài)配置文件，將組態(tài)結(jié)果保存為文件以便重復(fù)打開查看和修改，將組態(tài)配置文件下載到運(yùn)行環(huán)境中。 開發(fā)環(huán)境一般包括工程管理器(包括項(xiàng)目、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)備等的管理)、畫面組態(tài)(包括趨勢(shì)圖、報(bào)警和報(bào)表)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、控制系統(tǒng)組態(tài)(包括邏輯控制、流程控制、調(diào)試仿真工具)、編譯下載系統(tǒng)

51、等。2.4.3 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照開發(fā)環(huán)境中用戶定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒(méi)有任何意義，必須與開發(fā)環(huán)境生成的配置文件一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，并且將組態(tài)好的工程通過(guò)串口或以太網(wǎng)下載到下位機(jī)的運(yùn)行環(huán)境中，組態(tài)工程就可以離開開發(fā)環(huán)境而獨(dú)立運(yùn)行在下位機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)了嵌入式控制系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性、確定性和安全性。 運(yùn)行環(huán)境一般由硬件平臺(tái)、板級(jí)支持包(包括各種外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序，由于硬件平臺(tái)的多樣性和嵌入式系統(tǒng)資源有限，一般需要開發(fā)者自行設(shè)計(jì))、嵌入式操作系統(tǒng)和組態(tài)支撐模塊等組成。其

52、中組態(tài)支撐模塊大多為組件式可伸縮配置結(jié)構(gòu)，一般包括：人機(jī)界面hmi模塊(包括趨勢(shì)圖、報(bào)警及報(bào)表等可選模塊)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、邏輯和流程控制control模塊及通信、internet模塊等。詳細(xì)的架構(gòu)如圖2-3所示：組態(tài)支撐模塊嵌入式操作系統(tǒng)板級(jí)支持包硬件平臺(tái)運(yùn)行環(huán)境圖 2-3 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行結(jié)構(gòu)框圖這里，嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的硬件平臺(tái)是第2章中介紹的easyarm2200，嵌入式操作系統(tǒng)選擇的是c/os-ii。2.5 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境分析2.5.1 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的功能嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境作為一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，通過(guò)接收開發(fā)環(huán)境生成的組態(tài)配置文件夾完成用戶要求的控制目標(biāo)。

53、它具有以下以下主要功能：1.豐富的人機(jī)界面。嵌入式組態(tài)軟件的運(yùn)行環(huán)境能夠根據(jù)組態(tài)配置文件在硬件平臺(tái)的顯示設(shè)備(一般是lcd)中顯示生成良好的應(yīng)用系統(tǒng)界面，以圖形動(dòng)畫或可變文字的形式來(lái)實(shí)時(shí)反映被控對(duì)象的狀態(tài)；提供友好的人機(jī)交互接口，方便工程人員發(fā)出各種控制命令。2.數(shù)據(jù)采集和控制命令輸出。嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的硬件平臺(tái)中包括了各種i/o接口，可進(jìn)行模擬量采集、狀態(tài)量檢測(cè)、脈沖頻率檢測(cè)等操作，也可將計(jì)算所得的控制量和操作人員的控制命令通過(guò)d/a或do的方式輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來(lái)達(dá)到控制目的。3.數(shù)據(jù)處理。由i/o接口輸入的模擬量和狀態(tài)量都會(huì)以一定的形式存入數(shù)據(jù)庫(kù)，方便用戶查詢、分析被控對(duì)象的工作狀態(tài)

54、；或是繪制實(shí)時(shí)曲線圖，使用戶更加直觀的看到被控對(duì)象的狀態(tài)變化。當(dāng)檢測(cè)信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤或超過(guò)設(shè)定的限值時(shí)，能夠進(jìn)行報(bào)警處理。4.控制算法實(shí)現(xiàn)。嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的軟件部分內(nèi)置了多種控制算法，例如數(shù)字pid算法、針對(duì)純滯后對(duì)象的大林算法等，用戶可以根據(jù)被控對(duì)象的特性來(lái)選擇合適的算法5.通信功能。嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境需要具有與上位機(jī)通信的功能來(lái)接收開發(fā)環(huán)境中組態(tài)好的配置文件，也可以用于上傳工作現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。常用的通信方式有串口通信，以太網(wǎng)等。2.5.2 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)處理流程 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的組態(tài)支撐模塊包括數(shù)據(jù)管理模塊、圖形顯示模塊、通信模塊等，其中數(shù)據(jù)管理模塊作為核心來(lái)組織協(xié)調(diào)各模塊之間的工作，完成應(yīng)用系統(tǒng)所指定的各項(xiàng)功能