【正文】 為此，要將壓力傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成適合 A/D 采樣范圍的電壓信號，這里選用了 330Ω 的電阻。 本章小結(jié) 本章對嵌入式組態(tài)軟件的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)的分析。包括 A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣通道、周期，定時器頻率檢測的周期， PWM哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 脈寬調(diào)制器的輸出通道、控制方式等。然后等待接收數(shù)據(jù)管理模塊傳遞過來的實(shí)時數(shù)據(jù)，并在圖形界面上實(shí)時顯示，或者對一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢圖顯示，如果有操作人員通過鍵盤輸入控制命令，則彈出響應(yīng)的窗口，將命令傳給數(shù)據(jù)管理模塊。 界面 顯示 人機(jī) 接口 數(shù)據(jù)存儲 報警檢查 實(shí)時 數(shù)據(jù)庫 核心 配置 文件 接收 數(shù)據(jù) 采集 控制量 輸出 控制算法 UART 通信模塊 A/D、 D/A DI、 DO I/O 模塊 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 數(shù)據(jù)管理模塊是本嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的核心部件。本組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的數(shù)據(jù)處理流程如圖 24 所示： 圖形顯示模塊 數(shù)據(jù)管理模塊 圖 24 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)處理流程 從圖中可以看出，數(shù)據(jù)管理模塊經(jīng)由通信模塊從上位機(jī)得到組態(tài)配置文件，按照用戶要求生成應(yīng)用控制系統(tǒng)。 。 Windows 操作系統(tǒng) PC機(jī) 開發(fā)環(huán)境 嵌入式 操作系統(tǒng) ARM 硬件平臺 運(yùn)行環(huán)境 串口 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 運(yùn)行環(huán)境一般由硬件平臺、板級支持包 (包括各種外設(shè)驅(qū)動程序，由于硬件平臺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 )、嵌入式操作系統(tǒng)和組態(tài)支撐模塊等組成。如圖 22 所示： 圖 22 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。 μC/OSII 提供很多系統(tǒng)服務(wù)，例如信號量、互斥型信號量、時間標(biāo)志、消息郵箱、消息隊(duì)列、內(nèi)存塊的申請與釋放及時間管理函數(shù)等。 。 (ROMable)。 μC/OSII 是一個完整的，可移植、固化、裁剪的占先式實(shí)時多任務(wù)內(nèi)核。其中存放著系統(tǒng)初始化或引導(dǎo)程序，在 PC 中，它就是 BIOS。嵌入式操作系統(tǒng)開始運(yùn)行后就不需要人過多的干預(yù)。在嵌入式應(yīng)用中，只有把 CPU嵌入到系統(tǒng)中，同時又把操作系統(tǒng)嵌入進(jìn)去，才是真正的計算機(jī)嵌入式應(yīng)用。而實(shí)時操作系統(tǒng)管理的系統(tǒng)。內(nèi)核命名的具體含義是 T 16 位壓縮指令集 Thumb D 在片調(diào)試 (debug)支持，允許處理器響應(yīng)調(diào)試請求暫停 M 增強(qiáng)型乘法器 (multiplier)，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 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 ARM7TDMIS 同樣是基于精簡指令集計算機(jī) (RISC)原理而設(shè)計，指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計算機(jī)要簡單的多，實(shí)現(xiàn)了高的指令吞吐量，出色的實(shí)時中斷響應(yīng)，小的、高性價比的處理器宏單元。 ARM 處理器 具有三個顯著的特點(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)。隨著近年來 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，如今兩個領(lǐng)域都可以時序程序描述行為作為設(shè)計的起點(diǎn)，如軟件使用 C 語言、硬件使用 HDL 進(jìn)行描述。在計算機(jī)科學(xué)發(fā)展初期，軟硬件的設(shè)計流程截然不同，軟件設(shè)計者編寫程序，硬件設(shè)計者連接元件，兩者的設(shè)計不可能交互，必須單獨(dú)進(jìn)行。不同應(yīng)用系統(tǒng)的用戶應(yīng)用程序也不盡相同。 。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2 章 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境系統(tǒng)分析 嵌入式系統(tǒng) 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 devices used to control， monitor， or assist the operation of equipment， machinery or plants)。目前國內(nèi)外的嵌入式組態(tài)軟件還處于發(fā)展時期，成熟的產(chǎn)品還不多，離用戶對嵌入式組態(tài)軟件的需求還有很大差距。開發(fā)環(huán)境設(shè)計好的配置文件和操作系統(tǒng)都固化在 ROM、 Flash等會存儲器中，而不是工控機(jī)的磁盤等載體中。它通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流 程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案。它哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 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。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，使用起來方便靈活，而且便于修改和維護(hù)。因此，嵌入式系統(tǒng)將是今后的主流發(fā)展趨勢。 ARM。 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，以及嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)μ C/OSII；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)計了外圍接口電路，在 LPC2210 微處理器上移植了嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)μ C/OSII 和ZLG/GUI，開發(fā)了外設(shè)驅(qū)動程序；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)計重點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)代工業(yè)對控制系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，可管理性和易用性提出了越來越高的要求，這使得常規(guī)儀表逐漸被以嵌入式系統(tǒng)為核心的計算機(jī)控制系統(tǒng)所代替。 based on the analysis of results, depending on the ingredients weighing controller requirements redesigned the peripheral interface circuit transplantation of embedded realtime operating system μC / OSII and ZLG / GUI LPC2210 microprocessor and developed peripheral drivers。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。從應(yīng)用角度講，組態(tài)軟件是自動控制系統(tǒng)中的監(jiān)控層，完成系統(tǒng)硬件與軟件的溝通、對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，起到在管理層和控制層之間上傳下達(dá)的作用。目前的嵌入式系統(tǒng)，無論是不裝操作系統(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)一個嵌入式的監(jiān)控系統(tǒng)，一般都需要親自編程。 國內(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。而且由于這些組態(tài)軟件都是 PCBased 的，不適合應(yīng)用在對體積、功耗和成本等有嚴(yán)格要求的場合。嵌入式組態(tài) 軟件不具備嵌入式軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的用戶能夠在極短的時間內(nèi)，快速開發(fā)完成一個嵌入式系統(tǒng)，同時又保證了整個系統(tǒng)的小體積，低成本，高實(shí)時性和高可靠性。 32 位 CPU 的多任務(wù)潛力，滿足嵌入式組態(tài)軟件實(shí)時多任務(wù)的要求，選擇了嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng) μC/OSII 來對運(yùn)行環(huán)境中的軟件各部分進(jìn)行管理，因此對于μC/OSII 在 ARM7 微處理器上的移植及其 μC/OSII 下的外設(shè)驅(qū)動開發(fā)需進(jìn)行深入研究。單獨(dú)一個嵌入式微處理器是不能工作的，它還必須包括供電電路、時鐘信號、復(fù)位系統(tǒng)和必要的存儲器組成最小系統(tǒng)才能正常工作。它具有規(guī)模小、可裁剪、可固化和實(shí)時性強(qiáng)等 特點(diǎn)。 另外，嵌入式系統(tǒng)是被嵌入的設(shè)備機(jī)密相連的專用計算機(jī)系統(tǒng)，有很強(qiáng)的專用性，這就決定了其硬件平臺的多樣性，必須根據(jù)應(yīng)用的不同，設(shè)計專門的硬件平臺：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 “量體裁衣 ”，一般要針對具體的硬件平臺進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植和應(yīng)用程序的重新編寫。這種設(shè)計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)出來后才能進(jìn)行。 嵌入式控制器硬件平臺 微處理器 ARM 即 Advanced RISC Machines 的縮寫。 ARM7系統(tǒng)包括 ARM7TDMI、 ARM7TDMIS、帶有高速緩存處理器宏單元的 ARM720T 和擴(kuò)充了 Jazelle 的 ARM7EJS 四種類型，主要用于適應(yīng)不同的市場需求。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 圖 21 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境硬件平臺結(jié)構(gòu)框圖 嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中用得越來越廣泛，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得越來越重要。再次，嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)充分發(fā)揮了 32 位 CPU的多任務(wù)潛力。嵌 入式系統(tǒng)一般是為完成一系列具體任務(wù)而設(shè)計，因而總是要求系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成某些操作，對中斷能做出及時準(zhǔn)確的響應(yīng)，所以嵌入式操作系統(tǒng)必須具備實(shí)時性的特點(diǎn)。 。 嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng) μC/OSII 目前市場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、 μC/OSII等。 (portable)。 μC/OSII 是完全可剝奪型的實(shí)時內(nèi)核，即 μC/OSII 總是運(yùn)行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)。 μC/OSII 語序每個任務(wù)有不同的?？臻g，以便壓低應(yīng)用程序?qū)?RAM 的需求。 μC/OSII 在一個航空項(xiàng)目中得到了美國聯(lián)邦航空管理局對于商用飛機(jī)的、符合 RTCA DO178B 標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證。 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)計的目標(biāo)和功能。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，以圖形動畫或可變文字的形式來實(shí)時反映被控對象的狀態(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。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)場的檢測數(shù)據(jù)。 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境設(shè)計思想 研究嵌入式組態(tài)軟件的主要目的是讓用戶在設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)是，不必關(guān)心具體的嵌入式操作系統(tǒng)，底層的硬件驅(qū)動程序以及控制程序等時機(jī)編程工作，只需在開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行界面編輯，系統(tǒng)軟、硬件參數(shù)配置，并加入控制流程算法實(shí)現(xiàn)，就可以生成滿足用戶需要的自動監(jiān)控系統(tǒng)來執(zhí)行特定的控制任務(wù)。 數(shù)據(jù)管理模塊從通信模塊接收到組態(tài)配置文件后，按照用戶要求重新配置嵌入式控制器，并交由圖形顯示模塊顯示人機(jī)界面；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行后， I/O 模塊采集到的數(shù)據(jù)傳給本數(shù)據(jù)管理模塊，經(jīng)過一系列由用戶指定的處理方式，最終形成具有實(shí)際意義的工程數(shù)據(jù)，再傳給圖形顯示模塊實(shí)時顯示，或通過 I/O 模塊輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成自動控制；操作人員的控制命 令通過圖形顯示模塊也傳給本模塊，進(jìn)行相應(yīng)的處理后，由數(shù)據(jù)管理模塊協(xié)調(diào)各模塊來完成控制功能；對于用戶需要保存的有關(guān)數(shù)據(jù)，則可以進(jìn)行存儲操作。在系統(tǒng)運(yùn)行時，數(shù)據(jù)管理模塊也可通過通信模塊將一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，以方便工作人員的進(jìn)一步分析。 為了體現(xiàn)嵌入式控制器組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的通用性，控制算法模塊應(yīng)該包含多種不同的控制算法，以編號區(qū)別，讓用戶根據(jù)需要自由地選擇使用適合不同被控對象的特定算法。本課題根據(jù)配料稱重控制器的要求重新設(shè)計了外圍接口電路。接口電路如圖 32 所示： 圖 32 脈沖信號檢測接口電路原理圖 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 D/A 輸出接口電路 控制器的 D/A 輸。接著分析了運(yùn)行環(huán)境所要完成的功能和數(shù)據(jù)處理流程，提出了嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境的設(shè)計思想 ，最后詳細(xì)闡述了各個組態(tài)支撐模塊的設(shè)計思想。在計算機(jī)科學(xué)中，控制算法要用計算機(jī)語言描述，代表用計算機(jī)解一類問題精確、有效地方法。當(dāng)其接收到上位機(jī)要發(fā)送新的組態(tài)配置文件的請求時 ，會立即通知數(shù)據(jù)管理模塊，確定是否接收組態(tài)配置文件。 數(shù)據(jù)管理模塊從通信模塊接收到組態(tài)配置文件后，按照用戶要求重新配置嵌入式，制器，并交由圖形顯示人機(jī)界面；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行后， I/O 模塊采集到 的數(shù)據(jù)和操作人員的控制命令等所有數(shù)據(jù)都交由它來統(tǒng)一管理和調(diào)度，這樣體現(xiàn)了數(shù)據(jù)和代碼分離的特點(diǎn)。操作人員的控制命令也交由數(shù)據(jù)管理模塊做出相應(yīng)的處理。 。 嵌入式組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境分析 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)境作為一個獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，通過接收開發(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)。 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)提供了一個設(shè)計平臺，通過這個平臺開發(fā)人員可以方便的進(jìn)行控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計、硬件參數(shù)配置、實(shí)時數(shù)據(jù)庫設(shè)計、控制流程設(shè)計等操作