【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)電源電路部分： TMS320F2812 為 +3． 3V 信號(hào)電平，核心電平為 +1． 8V，而以太網(wǎng)控制器都是 +5V 的信號(hào)電平。因此需要設(shè)計(jì)三種不同 參考電壓的電源電路。 復(fù)位電路部分： SP708 給 TMS320F2812 和 SL811HS 提供低電平復(fù)位信 號(hào)。 西華大學(xué)碩士學(xué)位論文 以太網(wǎng)通信接口部分：數(shù)據(jù)處理后通過(guò) RTL8019AS 網(wǎng)絡(luò)控制芯片與以 太網(wǎng)連接，且以太網(wǎng)與 RTL8019AS 之間要接隔離模塊后方可以連接。 RS232 串行通信部分：設(shè)計(jì)這一部分是為了方便調(diào)試。 此外， TMS320F2812 支持 JTAG 口下載仿真，需要設(shè)計(jì) JTAG 接口；為了 方便將來(lái)對(duì)程序的調(diào)試，也需要設(shè)計(jì)串行通信接口?？紤]到協(xié)議轉(zhuǎn)換需要大量 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，而 TMS320F2812 內(nèi)部空間有限，因此需要外擴(kuò)一塊高速靜態(tài) RAM，本文采用的是 ISSI 公司生產(chǎn)的 IS6lLV25616AL。 I／ O 口擴(kuò)展引腳的分配如下： XD[0]XD[7]分配給液晶顯示屏作數(shù)據(jù)輸入口， EVA、 EVB 事件管理器的口留出來(lái)已備后續(xù)開(kāi)發(fā) (進(jìn)行中斷程序開(kāi)發(fā) )，其余口 被用于擴(kuò)展外部 RAM 和 FLASH。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 4． 1 數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)構(gòu) 4． 2 數(shù)據(jù)處理模塊的外圍電路設(shè)計(jì) 4． 2． 1 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) 本模塊用到了 +5V、 +3． 3V和 +1． 8V的器件。 TMS320F2812 采用 +3． 3V的外 設(shè)供電和 +1． 8V 的內(nèi)核供電，芯片采用這種分離式供電方式，可以大大降低 DSP 芯片功耗。所以本模塊采用 NationalSemiconductor 公司的芯片 LM2596 和LMlll7， 將電路板外接的 +9V 轉(zhuǎn)換成 +3． 3V 和 +1． 8V。供電電路如圖 4． 3所示。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 4． 3 電源電路 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4． 2． 2 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 為了提高系統(tǒng)的可靠性，保證系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行，使用了 Sipex 公司生產(chǎn)的 低功耗 SP708R處理器監(jiān)控芯片，可以提供高／低復(fù)位電平。如圖 4． 4所示。 SP708R 還可以監(jiān)控電源和電池供給，它集成了很多器件在其中，包括：一個(gè)看門(mén)狗定 時(shí)器、一個(gè) uP 的復(fù)位、一個(gè)掉電比較器和一個(gè)手動(dòng)復(fù)位輸入。 MR腳就是手動(dòng) 復(fù)位引腳，當(dāng)該引腳輸入電平被下拉至低于 0． 8V 時(shí)， SP708R 將輸出一個(gè)復(fù) 位 脈沖。而 PFI腳是掉電輸入引腳，當(dāng) SP708R 的輸入電壓低于 1． 25V 時(shí)，肋將 為低，所以通常將 PFI連接到地。腳 RESET 是低電平復(fù)位輸出引腳，當(dāng) Vcc 電 壓低于復(fù)位閾值時(shí)，這個(gè)引腳將輸出低復(fù)位電平 200ms。 SP708R 在這里主要是 為 TMS320F2812 芯片、 USB 控制芯片 SL811HS 提供低電平的復(fù)位信號(hào)。手動(dòng) 復(fù)位的功能是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)程序跑飛或者需要系統(tǒng)重新初始化并運(yùn)行時(shí)，按下復(fù) 位鍵產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)，使 DSP 進(jìn)入正常的程序入口。 圖 4． 復(fù)位電路 4． 2． 3 以太網(wǎng)通信接口電路設(shè)計(jì) 為了把經(jīng)過(guò) DSP 處理模塊的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)動(dòng)態(tài)的顯示在監(jiān)控機(jī)上，這就 需要設(shè)計(jì)以太網(wǎng)通信接口電路。這里選用臺(tái)灣 Realtek 公司生產(chǎn)的高性能工業(yè)以 太網(wǎng)控制器 RTL8019AS， RTL8019AS 的內(nèi)部包含一塊雙端口的 16K 字節(jié)的 RAM，基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 有兩套總線連接到該 RAM 上，一套是本地 DMA，另一套是遠(yuǎn)程 DMA。本地 DMA 完成控制器與網(wǎng)線的數(shù)據(jù)交換，遠(yuǎn)程 DMA 負(fù)責(zé) DSP 與 RAM 之間的數(shù)據(jù)傳輸， DSP 收 發(fā)數(shù)據(jù)只對(duì)遠(yuǎn)程 DMA 操作。 芯片復(fù)位時(shí)，通過(guò)檢測(cè) 96 引腳 IOCSl6B(SLOTl6)的電平來(lái)確定是采用 了 16 位還是 8 位插槽 (這時(shí)該引腳稱為 SLOTl6)。為了做到這點(diǎn)，如果 33 引 腳 RSTDRV 置高，則網(wǎng)絡(luò)適配器被認(rèn)為放入 16位插槽，而 IOCSl6B 腳將會(huì)連 ～ 300W 的上拉電阻；反之，則被認(rèn)為放入 8 位插槽，而 IOCSl6B 腳將會(huì)連一 27KW 的下拉電阻。同時(shí)，通過(guò)在 RSTDRV 引腳輸出大于 800ns 的高電平可實(shí) 現(xiàn) RTL8019AS 的硬件復(fù)位。如圖 所示。 圖 以太網(wǎng)通信接口電路 輔助串行通信電路 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 考慮到以后調(diào)試工作的需要，所以為數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計(jì)了串行接口。 本設(shè)計(jì) 使用 MAX232 芯片實(shí)現(xiàn) TTL電平和 RS． 232 電平之間的轉(zhuǎn)換，硬件電路如圖 所示。 圖 串行通信電路 4． 3 本章小結(jié) 本章概述了數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)目的和原理，并以 TMS320F2812 為核心， 詳細(xì)介紹了外圍電路設(shè)計(jì)和輔助通信電路設(shè)計(jì)方案。 5嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μ c／ osII在 TMS320F2812上的移植 5． 1 μ c／ os— II 的概述及特點(diǎn) 考慮到在智能家居系統(tǒng)中， ZigBee 收發(fā)模塊 (對(duì)應(yīng)于安防傳感器的部分 ) 是一個(gè)要求實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的模塊，這也就要求整個(gè)系統(tǒng)必須 是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)， 能夠?qū)Ω鞣N傳感器或命令做出及時(shí)反應(yīng)，且智能家居系統(tǒng)軟件必須能夠?qū)?nèi)存 管理、對(duì)消息反應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)。所以說(shuō)移植一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是有必要的。同時(shí)， 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 還考慮到以后可以對(duì)智能家居系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造 (在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)環(huán)境 下，開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用程序 )的需要，移植一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也是非常有用的。本設(shè)計(jì)在考慮到整個(gè)設(shè)計(jì)成本問(wèn)題時(shí)，首選免費(fèi)型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，考慮到μ C／ OS 比較適合家庭這種小型的控制系統(tǒng)，同時(shí)執(zhí)行效率高、占用空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)處理器的移植比較簡(jiǎn)單，所以最后選擇了μ C／ os— II作為本設(shè)計(jì)將要移植的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 μ C／ OS． II是由 JeanJ． Labrosse 于 1992 年編寫(xiě)的一個(gè)嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。最早這個(gè)系統(tǒng)叫做μ C／ OS，后來(lái)經(jīng)過(guò)近 10 年的應(yīng)用和修改，在1999 年 JeanJ． Labrosse 推出了μ C／ OS． II，并在 2020 年通過(guò)了美國(guó)聯(lián)邦航空管理局的 RTCADO： 178B 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，從而證明μ C／ OS． II具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。μ C／ OS 一Ⅱ是用 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)的。其中絕大部分代碼都是用 C語(yǔ)言編寫(xiě)的，只有極少數(shù)部分與處理器密切相關(guān)的代碼是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的，所以用戶只要做很少的工作就可把它移植到各類(lèi) 8位、 16 位和 32位嵌入式處理器上。 Ps]I．μ C／ OS． II的體系結(jié)構(gòu)如圖 5． 1 所示。μ C／ OS． H 操作系統(tǒng)是一種性能優(yōu)良、源碼公開(kāi)且被廣泛應(yīng)用的免費(fèi)嵌入式操作系統(tǒng)，其主要特 點(diǎn)有： (1)μ C／ OS． II 是一個(gè)可剝奪型的實(shí)時(shí)內(nèi)核，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。 (2)μ C／ OS． II 非常適合小型控制系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高，占用空間小、確定性、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。 (3）μ C／ OS．Ⅱ最多可以支持 64 個(gè)任務(wù)，采用的是占先式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核， 保證任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)能夠即時(shí)完成。 (4)μ C／ OS． II 的移植較為簡(jiǎn)單，只需要修改 3 個(gè)與硬件相關(guān)的文件和重寫(xiě)幾個(gè)函數(shù)即可。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 5． 1 μ C／ OS． II 的體系結(jié)構(gòu) 5． 2 μ C／ 0S— II 的移植 在本設(shè)計(jì)中，所移植的系統(tǒng)建立了 8個(gè)任務(wù) (參照見(jiàn)圖 1． 2)： O號(hào)任務(wù)，用來(lái)監(jiān)測(cè)安防傳感器 (煤氣泄露 )。在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)通過(guò) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器選擇與安防傳感器 (煤氣泄露 )終端節(jié)點(diǎn)通信，采集傳感器數(shù)據(jù)。 1號(hào)任務(wù)，用來(lái)監(jiān)測(cè)安防傳感器 (溫度 )。在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)通過(guò) ZigBee 網(wǎng)絡(luò) 協(xié)調(diào)器選擇與安防傳感器 (溫度 )終端節(jié)點(diǎn)通信，采集傳感器數(shù)據(jù)。 2號(hào)任務(wù)，與 0 號(hào)任務(wù)對(duì)應(yīng)，將安防傳感器 (煤氣泄露 )采集的數(shù)據(jù)最終通 西華大學(xué)碩士學(xué)位論文 過(guò)以太網(wǎng)上傳到監(jiān)控機(jī) (PC 機(jī) )上。 3號(hào)任務(wù)，與 1 號(hào)任務(wù) 對(duì)應(yīng)，將安防傳感器 (溫度 )采集的數(shù)據(jù)最終通過(guò)以 太網(wǎng)上傳到監(jiān)控機(jī) (PC 機(jī) )上。 4號(hào)任務(wù)，用來(lái)控制冰箱、空調(diào)、電視、燈的電源開(kāi)關(guān)，通常情況下，這些 開(kāi)關(guān)型控制，只用一個(gè)任務(wù)就可以完成，只要在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)，同時(shí)通過(guò) ZigBec 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器同時(shí)發(fā)送一個(gè) 16 位地址符就可以選擇出所要執(zhí)行開(kāi)關(guān)任務(wù)的終端節(jié) 點(diǎn)。 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5號(hào)任務(wù)，單獨(dú)為窗簾建立一個(gè)任務(wù)。因?yàn)榇昂煹目刂剖且粋€(gè)閉環(huán)控制。 6號(hào)任務(wù)，為電表、水表、燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)采集建立一個(gè)任務(wù)。因?yàn)樗?、? 表、燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求沒(méi)有那么高，可以分時(shí)采集，在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)， 同 時(shí)通過(guò) ZigBcc 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器同時(shí)發(fā)送一個(gè) 16位地址符就可以選擇出所要執(zhí)行 數(shù)據(jù)采集任務(wù)的終端節(jié)點(diǎn)，另外，還要為該任務(wù)調(diào)用一個(gè)延時(shí)函數(shù)，并設(shè)置延 時(shí)時(shí)鐘周期數(shù)，從而最終實(shí)現(xiàn)在三表間輪流數(shù)據(jù)采集。 7號(hào)任務(wù)，用來(lái)對(duì)三表數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控機(jī) (PC 機(jī) )建立任務(wù)。對(duì)應(yīng)于任務(wù) 6，分別將從水、電、燃?xì)獗聿杉臄?shù)據(jù)立即上傳。 從任務(wù)的代碼上來(lái)看，任務(wù)是如下形式的一個(gè) C 函數(shù)： void task(void) { 參數(shù)定義； for(； ； ) { 執(zhí)行任務(wù)代碼； 調(diào)用 OSTimeDly()延時(shí)函數(shù)，清除該任務(wù)就緒位，設(shè)置延時(shí)時(shí)鐘 周 期數(shù)，調(diào)用任務(wù)切換宏 OSTASKswo 進(jìn)行任務(wù)調(diào)度； ) 它們具有各自獨(dú)立的堆棧空間和不同的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)， 0號(hào)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高， 7號(hào)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最低。對(duì)于 0 號(hào)任務(wù) ~3 號(hào)任務(wù)，由于它們是保證家居安全的是 不允許中斷響應(yīng)的，所以在這些任務(wù)開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，一定要設(shè)置程序狀態(tài)字 PSW 為 0x0002(關(guān)中斷 )。同時(shí)任務(wù)可以在系統(tǒng)和應(yīng)用程序的控制下，根據(jù)具體情況改變自己的狀態(tài)，這個(gè)改變叫做任務(wù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。任務(wù)在不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換即有 5 種狀態(tài)： 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1)睡眠狀態(tài) (DORMANT)：指任務(wù)駐留在程序空間中，還沒(méi)有交給操作系 統(tǒng)管理。把任務(wù)交給內(nèi)核是通過(guò)調(diào)用任務(wù)創(chuàng)建函數(shù) OSTaskCreateO 或提供了一些 附加功能的 OSTaskCreateExt0 實(shí)現(xiàn)的。 (2)就緒狀態(tài) (READY)：當(dāng)任務(wù)～旦建立，這個(gè)任務(wù)就處于就緒態(tài)準(zhǔn)備運(yùn)行。 就緒態(tài)的任務(wù)都被放在就緒列表中，在任務(wù)調(diào)度時(shí)，指針 OSTCBHighRdy 指向 優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)任務(wù)控制塊 OSTCB，就立即運(yùn)行該任務(wù)。 (3)運(yùn)行狀態(tài) (Rl 烈 NING)：處于就緒狀態(tài)的任務(wù)如果經(jīng)調(diào)度器判斷獲得了處 理器的使用權(quán)，則任務(wù)就進(jìn)入了運(yùn)行狀態(tài)。任何時(shí)候只能有～個(gè)任務(wù)處于運(yùn)行 狀態(tài)，就緒 的任務(wù)只有當(dāng)所有優(yōu)先級(jí)高于本任務(wù)的任務(wù)都轉(zhuǎn)為等待狀態(tài)時(shí)，才 能進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)，控制塊指針 OSTCBCur 指向正在運(yùn)行的任務(wù)的任務(wù)控 制塊。 (4)等待狀態(tài) (WAITING)：正在運(yùn)行的任務(wù)由于調(diào)用延時(shí)函數(shù) OSTimeDlyO 或等待事件信號(hào)量的來(lái)臨而將處理器的使用權(quán)讓給其他任務(wù)而使任務(wù)處于等待 狀態(tài)。 (5)中斷服務(wù)狀態(tài) (ISR)：一個(gè)正在運(yùn)行的任務(wù)一旦響應(yīng)中斷申請(qǐng)就會(huì)中止運(yùn) 行而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，這時(shí)任務(wù)的狀態(tài)叫做中斷服務(wù)狀態(tài)。 由此可知，在智能家居系統(tǒng)中的 8 個(gè)任務(wù)就是在這 5 種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的。 行 I． μ C／ OS． II 移植，主要進(jìn)行以下部分的操作： (1)在 OSCPU． H文件中用 define 語(yǔ)句定義與處理器相關(guān)的常數(shù)、宏和 類(lèi)型；根據(jù)處理器堆棧結(jié)構(gòu)在 OSCPU． H中定義堆棧增長(zhǎng)方向。 (2)在 OS CPU． C文件中用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)與處理器相關(guān)的 C語(yǔ)言代碼模塊， 即編寫(xiě) 6個(gè)簡(jiǎn)單的 C語(yǔ)言函數(shù)。 (3)在 OSCPUA． ASM 文件中，集中了所有與處理器相關(guān)的匯編語(yǔ)言代 碼模塊，在 OSCPUA． ASM 中要編寫(xiě) 4個(gè)匯編語(yǔ)言函數(shù)。 μ C／ OS． II移植到 TMS320F2812 采用的是 CCS2． 0編譯軟件， CCS2． 0 支持交叉編譯 (允許在 C源代碼中插入?yún)R編語(yǔ)言 )，所以適合嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 基于 ZigBee 技術(shù)的智能家居安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) μ C／ OS． II的移植。 5． 3 本章小結(jié) 本章結(jié)合第 4章對(duì) TMS320F2812 的研究，簡(jiǎn)要介紹了μ C／ OS． II 的特點(diǎn)和 結(jié)構(gòu)，為 pC／ OSII 的移植做了原理性解釋?zhuān)瑫r(shí)介紹了移植μ C／ OS． II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的方法及步驟。 6 智能家居