【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 TL8019AS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已備后續(xù)開發(fā)(進(jìn)行中斷程序開發(fā))，其余口被用于擴(kuò)展外部RAM和FLASH。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。圖4．3電源電路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4．4．2．3以太網(wǎng)通信接口電路設(shè)計(jì) 為了把經(jīng)過DSP處理模塊的數(shù)據(jù)通過以太網(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，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)，通過檢測(cè)96引腳IOCSl6B(SLOTl6)的電平來確定是采用了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。 以太網(wǎng)通信接口電路 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。 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)μc／osII在TMS320F2812上的移植5．1 μc／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)。所以說移植一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是有必要的。同時(shí)，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)成本問題時(shí)，首選免費(fèi)型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，考慮到μC／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μC／os—II作為本設(shè)計(jì)將要移植的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。 μC／OS．II是由JeanJ．Labrosse于1992年編寫的一個(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μC／OS，后來經(jīng)過近10年的應(yīng)用和修改，在1999年JeanJ．Labrosse推出了μC／OS．II，并在2000年通過了美國(guó)聯(lián)邦航空管理局的RTCADO：178B標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，從而證明μC／OS．II具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。μC／OS一Ⅱ是用C語言和匯編語言來編寫的。其中絕大部分代碼都是用C語言編寫的，只有極少數(shù)部分與處理器密切相關(guān)的代碼是用匯編語言編寫的，所以用戶只要做很少的工作就可把它移植到各類8位、16位和32位嵌入式處理器上。Ps]I．μC／OS．II的體系結(jié)構(gòu)如圖5．1所示。μC／OS．H操作系統(tǒng)是一種性能優(yōu)良、源碼公開且被廣泛應(yīng)用的免費(fèi)嵌入式操作系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)有：(1)μC／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)μC／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）μC／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) μC／OS．II的移植較為簡(jiǎn)單，只需要修改3個(gè)與硬件相關(guān)的文件和重寫幾個(gè)函數(shù)即可。 圖5．1 μC／OS．II的體系結(jié)構(gòu)5．2 μC／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)(參照見圖1．2)：O號(hào)任務(wù)，用來監(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)，用來監(jiān)測(cè)安防傳感器(溫度)。在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)通過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)最終通過以太網(wǎng)上傳到監(jiān)控機(jī)(PC機(jī))上。4號(hào)任務(wù)，用來控制冰箱、空調(diào)、電視、燈的電源開關(guān)，通常情況下，這些開關(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)行開關(guān)任務(wù)的終端節(jié)點(diǎn)。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怼㈦姳?、燃?xì)獗淼臄?shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求沒有那么高，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)的代碼上來看，任務(wù)是如下形式的一個(gè)C函數(shù)：voidtask(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?？臻g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)：(1)睡眠狀態(tài)(DORMANT)：指任務(wù)駐留在程序空間中，還沒有交給操作系統(tǒng)管理。把任務(wù)交給內(nèi)核是通過調(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．μC／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語句定義與處理器相關(guān)的常數(shù)、宏和類型；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語言編寫與處理器相關(guān)的C語言代碼模塊，即編寫6個(gè)簡(jiǎn)單的C語言函數(shù)。(3)在OSCPUA．ASM文件中，集中了所有與處理器相關(guān)的匯編語言代碼模塊，在OSCPUA．ASM中要編寫4個(gè)匯編語言函數(shù)。 μC／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編語言)，所以適合嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／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μC／OS．II的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，為pC／OSII的移植做了原理性解釋，同時(shí)介紹了移植μC／OS．II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的方法及步驟。6智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)6．1 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的搭建ZigBee支持三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)。其中星型網(wǎng)絡(luò)是最省電的，且造價(jià)最低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。 首先設(shè)置ZigBee主無線模塊為協(xié)調(diào)器，其它節(jié)點(diǎn)模塊為終端器件。然后協(xié)調(diào)器應(yīng)用層發(fā)出NLMENETWORK．FORMATION．request原語給協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層來啟動(dòng)新的網(wǎng)絡(luò)建立。建網(wǎng)過程開始后，協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層將首先請(qǐng)求MAC層對(duì)物理層所定義的有效信道進(jìn)行能量檢測(cè)掃描，以排除可能占用的信道。為實(shí)現(xiàn)能量檢測(cè)掃描，協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層通過發(fā)送掃描類型參數(shù)設(shè)置為能量檢測(cè)掃描的MLME．SCAN．request原語到MAC層進(jìn)行信道能量檢測(cè)掃描，掃描結(jié)果通過MLME．SCAN．confirm原語返回給網(wǎng)絡(luò)層。 網(wǎng)絡(luò)層的管理實(shí)體收到能量檢測(cè)掃描的結(jié)果后，將對(duì)那些在允許能量范圍內(nèi)的信道進(jìn)行進(jìn)一步處理。協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體將發(fā)送MLME—SCAN．request原語執(zhí)行主動(dòng)掃描，該原語的ScanType參數(shù)設(shè)置為主動(dòng)掃描，ChannelList參數(shù)設(shè)置為那些已經(jīng)通過能量檢測(cè)允許的信道列表，同時(shí)在這些信道內(nèi)搜索其它終端節(jié)點(diǎn)模塊。為了決定建立網(wǎng)絡(luò)的最佳信道，網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體還將檢查PAN標(biāo)識(shí)符，并且將所查找到的第一個(gè)信道設(shè)為新網(wǎng)絡(luò)的最小編號(hào)。當(dāng)協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層管理實(shí)體查找不到與其它節(jié)點(diǎn)模塊通信的合適信道，將終止建網(wǎng)過程，并且向協(xié)調(diào)器應(yīng)用層發(fā)出建網(wǎng)失敗信息，即通過發(fā)送參數(shù)狀態(tài)為STARTUPFAILURE的原語NLMENETWORKFORMATION．confirm給應(yīng)用層知道。 如果協(xié)調(diào)器網(wǎng)絡(luò)層的