工业测控嵌入式开发系统

Tag: 嵌入式开发 嵌入式系统 arm处理器

这种趋势的出现与计算机技术、信息技术、网络通信技术的高速发展相关。现代工业系统信息交换的需求也已经从管理层内部迅速覆盖到控制、现场设备等各个层次,连接上层网络和现场总线的通信设备成为工厂自动化系统中的关键设备之一。CAN-Ethernet通信模块,是一种直接连接以太网和CAN现场总线的设备,有效解决了控制系统中现场总线和上层信息管理层的互联问题,使自动化系统中的信息交换可以深入到现场设备一级。

2CAN 总线和以太网的连接

现有的CAN 总线到以太网的通信实现方案中,采用较多的是使用一台连接以太网的计算机,在计算机中安装一块内置式CAN通信板卡;或者通过计算机并行和串行接口外接CAN 的通信模块。Arm开发板这种方法有一定局限性,例如,使用计算机体积大,成本高;计算机故障后的重启速度慢,这可能严重影响系统的工作。采用基于ARM微处理器的单板机系统建立CAN-Ethernet 通信模块,可以很好地解决上述问题,降低系统的成本,提高其性能。CAN-Ethernet通信模块连接以太网和CAN 总线的结构如图1 所示。在以太网和CAN 总线之间,可以挂接一个通信模块连接两种网络,也可以使用多个通信模块形成多个通路。对于第二种情况,以太网上的计算机可以通过指定IP地址和上层协议的端口选择通路。Arm9 arm9开发板

通信模块的硬件设计

信模块的硬件核心采用高性能的ARM开发板S3C44B0x。它是一种精简指令处理器,可以在32位指令字的ARM模式下和16位指令字的Thumb模式下工作,设计者可以根据需要在性能和代码大小之间进行折衷;片内有8KB的高速静态RAM,既可以作为高速缓存,也可以作为片内存储器使用;片内外设包括异步和同步串行接口、I2C接口、LCD控制器及接口、实时时钟等。ARM处理器还具有低能耗和高性价比,非常适用于构建性能较高的嵌入式系统。

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嵌入式DVR的优缺点

    波粒WAPA900系列嵌入式DVR是由波粒公司与INTEL公司联合打造的新一代嵌入式DVR，也有人称之为标准式DVR。首先我们从外观看，前面板非常简洁，既不像PC式DVR，也不像传统嵌入式DVR，而更像是一种特殊的DVR工业设备，这一点让很多工程商萌发报高价的想法。

    抛开外观不说，就产品本身，简单的理解，它就是一台带有DVR监控功能的超低功耗微型笔记本电脑。首先它克服了PC式DVR缺点中的1，2，而缺点3，4又可以通过切换WAPA900的参数，设置屏蔽WINDOW界面，保留强大内核而克服。PC式DVR的优点2，3保留存在，而升级方面可以通过USB，网络，光驱，也非常方便，只是不能继续插卡，但是路数升级没有经济损失，因为即使将DVR废除，它还是一台高超低功耗微型电脑。

    再与传统嵌入式DVR相比，优点1，3优点保留，2虽然没有，但是通过屏蔽WINDWOS窗口，就已经大大降低病毒感染的机率。而缺点1，2，3却全部克服。

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PC式DVR的优缺点

    缺点：

    1．建立在自配电脑基础上，存在兼容性问题

    2．自配电脑，非DVR本身的电脑配件品质，或人为因素导致不稳定

    3．病毒感染

    4．大多建立在WINDOWS平台，电脑办公或娱乐行为，影响到DVR电脑的不稳定

    优点：

    1．夸容与升级方便，代价小

    2．基于WINDOWS与INTEL平台，性能优越，功能强大，技术实现容易并且快速

    3．操作与系统维护容易

    正是因为PC方式的无法克服的缺陷存在，嵌入式DVR的市场空间就有了，

    嵌入式DVR的优势：

    1．一体化电路板设计，硬件的稳定性更高，同时没有兼容性问题。

    2．非WINDOWS系统DVR软件，不感染病毒

    3．成本低，价格优

    缺点：

    1．没有电脑VGA显卡，视频显示与处理技术没有PC机显卡那么灵活与强大

    2．不是建立在INTEL与WINDOWS上，开发速度慢，灵活性差，性能与功能难以与PC式DVR相比。

    3．软硬件升级不灵活，特别是硬件上路数扩容，实现不了。

通过这样的比较，INTEL公司与波粒坚信，这种DVR将是未来DVR主机的主要架构，是未来的重要发展方向。

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如何选择开发板？

1、CPU的选择，很多人问，买arm7的开发板还是arm9的开发板？个人建议，买ARM9的板子。玩ARM，不跑操作系统简直是种浪费，这方面ARM9比ARM7更有优势，当然ARM9开发板在价格上会高些，不过现在开发板市场上底价的ARM9开发板也有很多，八九百就能买到一款不错的，比如慧通科技的E2410开发板。 

2、系统的选择，一般来说，都会移植一两个操作系统，如Linux，WINCE，UCOS-II,VXWORKS等，图形界面就不必说了。关键看提供不提供源码，有现成的源码，自己编译起来会方便的多。 

3、查看硬件设备，很多开发板价格便宜，但是硬件设备很少，不适合学习。所以大家选择开发板的时候一定要注意提供的硬件器件，也就是一分价钱一分货吧！！主要看下面几个方面：（1）看flash sdram容量。（2）看有没有nand flash。（3）usb的是否支持主从。（4）外围接口丰富不，例如vga，sd卡等等。如上面提到的TE2410开发板，接口就比较丰富，大家可以去网站上看看，该有的都有了，此外还有VGA，TV输出，这为好多囊中羞涩的朋友们可节省了一笔购买LCD的费用了，呵呵！关键是他们还提供驱动的源码，这是很多公司都不提供的！此外值得注意的是：很多板子上有些接口都是摆设，大家在购买的时候务必先确认一下！ 

4、售后服务。技术的提升关键还要看自己，当然技术支持也很重要，有一个好的技术支持会起到事半功倍的效果。不过，每个人的需求不一样，所谓众口难调也就这个理儿。此处值得注意的是：选择一些自己研发的开发板厂家的话，技术服务会好很多，至少人家技术支持的人专业。

欢迎大家和我联系0755-25327151和0755-83690619余焕丽，我们共同讨论、学习。

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嵌入式实时操作系统μC/OS-II在配电自动化远方终端中的应用

摘要：本文主要探讨μC/OS-II在配电自动化远方终端中的应用情况，给出了将μC/OS-II移植至TMS320F2407A中的详细代码，并讨论了应用软件的整体设计思路和主要任务的详细流程，最后介绍了软件整体性能的测试方法。

关键词：实时操作系统，μC/OS-II，配电自动化远方终端，多任务,嵌入式系统

配电自动化远方终端(DATU)是配电自动化系统(DAS)的基础设备，是配电变压器远方终端(TTU)、馈线远方终端(FTU)和中压监控单元等几种设备的统称。这几种设备除少数高端功能不同以外，其余功能均大致相似，主要包括数据采集与处理、监控、保护和远方通信等功能。DATU是一种实时性很强的嵌入式系统，正常情况下它负责采集相应设备的运行情况，如电压、电流的数值以及开关的分合状态等，并将上述信息通过通信网络传向远方的配电自动化主站，同时还可以根据主站下发的命令进行远方操作^[1]。在配电网发生故障时，DATU还要完成故障检测、记录故障参数和微机保护等功能。

在传统的嵌入式系统中，应用程序一般是由一个主程序和几个中断服务子程序(ISR)组成。主程序一般是一个无限的循环，在循环中调用相应的函数完成相应的数据处理，ISR负责处理时间相关性很强的关键操作。因为ISR提供的信息一直要等到主程序循环到负责处理这个信息的那段程序的时候才能得到处理，所以传统系统的实时性比较差，最坏情况下的实时响应时间可能是整个循环的执行时间^[2]。如果采用嵌入式实时操作系统μC/OS-II，则可以大大缩短实时响应时间，接近理论上能达到的最好水平；此外，在嵌入式应用中使用μC/OS-II，通过将应用程序分解为多个任务，可以简化应用软件的设计；同时良好的多任务设计，有助于提高系统的稳定性与可靠性^[2]。

1 μC/OS-II的移植

所谓移植就是使μC/OS-II能在某个CPU中运行。虽然大部分的μC/OS-II代码是用C语言写的，但仍需要开发者用汇编语言写一些与CPU相关的代码，这是因为μC/OS-II在访问CPU寄存器时只能通过汇编语言来实现。μC/OS-II与CPU相关的代码包含在三个文件中：OS_CPU.H，OS_CPU_C.C，OS_CPU_A.ASM。

1.1 移植的前提条件

我们的DATU所采用的CPU是美国德州仪器公司(TI)生产的一种高性能16位定点DSP——TMS320LF2407A(以下简称为F2407)。其定点运算速度最高可达每秒40兆条指令，片内除具有2.5K字的RAM和32K字的FLASH存储器外，还有A/D、SPI、CAN等多种外设资源^[3]。

μC/OS-II能否移植至某种CPU中，这种CPU必须满足以下要求：该CPU的C编译器支持内嵌汇编语句；能由硬件产生定时中断；支持软件堆栈；有将堆栈指针(SP)和其它寄存器存储到内存中的指令^[2]。通过查看F2407的手册可以得知它完全满足以上条件，所以将μC/OS-II移植到F2407中是完全可行的。

1.2 OS_CPU.H

OS_CPU.H包括一系列用#define定义的与处理器相关的数据类型、宏和常量，如关中断、开中断、任务切换和堆栈增长方式等。需要注意的是，由于INTM不受加载状态寄存器指令LST的影响，也就是说，即便可以将ST0保存至堆栈或内存中，也无法使用LST指令从堆栈或内存中恢复INTM的值，故而只能使用直接关中断的方式(方式一)来保护临界区代码^[2]。

1.3 OS_CPU_C.C

OS_CPU_C.C中包括一系列C语言函数：OSTaskStkInit()和若干个Hook函数。其中唯一必要的是OSTaskStkInit()，其它几个函数可以不包含任何代码^[2]。OSTickISR()是时钟节拍中断的ISR，因为Code Composor支持用C语言编写ISR，而且也支持内嵌汇编语句，所以我们把用C语言编写的OSTickISR()也放在OS_CPU_C.C中。

1.3.1 OSTaskStkInit()

OSTaskStkInit()在创建任务时被OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()调用来初始化任务的堆栈结构。图1显示了在F2407中需要放到任务堆栈中的寄存器及其顺序。