【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。 2．具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保 護(hù)功能。由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。 3．可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能開發(fā)出滿足應(yīng)用最高性能的嵌入式微處理器。 4．嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無(wú)線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此。 如圖所示：一般可以將嵌入式處理器分為 4 類，即嵌入式微處理器（ MPU）、嵌入式控制器（ MCU）、嵌入式 DSP 處理器（ DSP）和嵌入式片上系統(tǒng)（ SOC）。 嵌入式實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng) 在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。μ COSⅡ [6]是一個(gè)免費(fèi)的源代碼公開的實(shí)時(shí)嵌入式內(nèi)核，它提供了實(shí)時(shí)系統(tǒng)所需要的基本功能。其包含全部功能的核心部分代碼只占用 字節(jié)，而且由于μ COSⅡ是可裁剪的，所以用戶系統(tǒng)中實(shí)際的代碼最少可達(dá) 字節(jié)，可謂短小精悍，μ COSⅡ不僅使用戶得到廉價(jià)的解決方案，而且由于μ COSⅡ的開源特性，用戶還可以對(duì)自己的硬件優(yōu)化代碼，以獲得更好的性能。 嵌入式系統(tǒng)的分類 嵌 入 式 微 控 制 器(MCU） 嵌入式處理器 嵌入式 DSP 處理器 （ DSP） 嵌入式微處理器 （ MPU） 嵌 入 式 片 上 系 統(tǒng)（ System On Chip） 14 μ COSⅡ?qū)嶋H上是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核，只包含了任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信與同步等基本功能。沒有提供輸入輸出管理、文伴系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)之類的額外服務(wù)。但是由于μ COSⅡ的可移植性和開源性，用戶可以自己添加所需的各種服務(wù)。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了第三方為開發(fā)的文件系統(tǒng)、 TCP/IP 協(xié)議棧、用戶顯示接口等。 1．任務(wù)調(diào)度 μ COSⅡ的任務(wù)調(diào)度是按搶占式多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，即它總是執(zhí)行處于就緒條件下優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，μ COSⅡ規(guī)定所有任務(wù)的優(yōu)先級(jí)必須不同，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)同時(shí)也唯一地標(biāo)識(shí)了該任務(wù)。即使兩個(gè)任務(wù)的重要性是相同的，它們也必須有優(yōu)先 級(jí)上的差異，這也就意味著高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)在處理完成后必須進(jìn)入等待或掛起狀態(tài)，否則低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)永遠(yuǎn)也不可能執(zhí)行。系統(tǒng)通過兩種方法進(jìn)行任務(wù)調(diào)度：一是時(shí)鐘節(jié)拍或其它硬件中斷到來(lái)后，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用函數(shù) OSIntCtxsw（）執(zhí)行切換功能．二是任務(wù)主動(dòng)進(jìn)入掛起或等待狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)通過發(fā)軟中斷命令或依靠處理器執(zhí)行陷階指令來(lái)完成任務(wù)切換，中斷服務(wù)例程或陷阱處理程序的向量地址必須指向函數(shù) OSCtxSw（）。 2．任務(wù)管理 μ COSⅡ最多可以管理 64 個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)通常都是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的函數(shù)。在目前的版本中， 作者保留了憂先級(jí)為 0、 l、 OS_LOWEST_PRIO_ OS_LOWEST_PRIO_OS_LOWEST_PRIO_ OS_LOWEST_PRIO 的任務(wù)，所以用戶可以同時(shí)擁有 56 個(gè)任務(wù)。μ COSⅡ提供了任務(wù)管理的各種函數(shù)調(diào)用，包括創(chuàng)建任務(wù)、刪除任務(wù)、改變?nèi)蝿?wù)的優(yōu)先級(jí)、掛起和恢復(fù)任務(wù)等。系統(tǒng)初始化時(shí)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生兩個(gè)任務(wù)：一是空閑任務(wù)，它的優(yōu)先級(jí)最低為，該任務(wù)只是不停地給一個(gè) 32 位的整型變量加 1；另一個(gè)是統(tǒng)計(jì)任務(wù) OSTaskstat（），它的優(yōu)先級(jí)為 OS_LOWEST_PRIO_1，該任務(wù)每秒 運(yùn)行一次，負(fù)責(zé)計(jì)算當(dāng)前 CPU 的利用率。 3．時(shí)間管理 μ COSⅡ要求用戶提供一個(gè)稱為時(shí)鐘節(jié)拍的定時(shí)中斷，該中斷每秒發(fā)生 10 至 100 次，時(shí)鐘節(jié)拍的實(shí)際頻率是由用戶控制的。任務(wù)申請(qǐng)延時(shí)或超時(shí)控制的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)就是該時(shí)鐘節(jié)拍。該時(shí)鐘節(jié)拍同時(shí)還是任務(wù)調(diào)度的時(shí)間基準(zhǔn)。提供了與時(shí)鐘節(jié)拍相關(guān)的系統(tǒng)服務(wù)，允許任務(wù)延時(shí)一定數(shù)量的時(shí)鐘節(jié)拍或按時(shí)、分、秒、毫秒進(jìn)行延時(shí)。 4．任務(wù)間的通信與同步 對(duì)于一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，任務(wù)間的通信與同步是必不可少的。μ COSⅡ提供了四種同步對(duì)象，分別是信號(hào)量、郵箱、消 息隊(duì)列和享件。通過郵箱和消息隊(duì)列還可以進(jìn)行任務(wù)間的通信。所有的同步對(duì)象都有相應(yīng)的創(chuàng)建、等待、發(fā)送的函數(shù)。但這些對(duì)象一旦創(chuàng) 15 建就不能刪除．所以要避免創(chuàng)建過多的同步對(duì)象以節(jié)約系統(tǒng)資源。 5．內(nèi)存管理 為了消除多次動(dòng)態(tài)分配與釋放內(nèi)存所引起的內(nèi)存碎片，把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來(lái)管理。每個(gè)分區(qū)中都包含整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間內(nèi)存塊的大小可以不同。用戶需要?jiǎng)討B(tài)分配內(nèi)時(shí)，選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊來(lái)分配內(nèi)存。釋放內(nèi)存時(shí)將該塊放回它以前所屬的分區(qū)。這樣，就能有效解決內(nèi)存碎片的問題。 μ COSⅡ的大部分代碼是用 ANSIC 寫成的，只有與處理器硬件相關(guān)的一部分代碼用匯編語(yǔ)言編寫。所以μ COSⅡ的移植性很強(qiáng)，可以在絕大多數(shù) 8位、 16 位、 32位微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器上運(yùn)行。μ COSⅡ的移植并不復(fù)雜，只要編寫 4 個(gè)匯編語(yǔ)言的函數(shù)、 6個(gè) C函數(shù)再定義 3 個(gè)宏和 1 個(gè)常量，這些宏和函數(shù)都非常簡(jiǎn)單，其中的 5 個(gè) C 函數(shù)甚至只需聲明不必包含代碼。用戶可以根據(jù)需要自己編寫移植代碼。μ COSⅡ的網(wǎng)站上（ ．μ COSⅡ． ）有針對(duì)不同微處理器的移植代碼可供下載。目前網(wǎng)站上提供的移植實(shí)例包括 Intel公司的 8Ox8 805 80196 等， Motorola 公司的 PowerPC、 68K、 CPU32 等， TI公司的 TMS320系列， Zilog 公司的 z80、 z180，還包括 Analog Device 公司、 ARM 公司、日立公司、三菱公司、飛利浦公司和西門子公司的各種微處理器。 μ COSⅡ是在 PC 機(jī)上開發(fā)的， C編譯器使用的是 Borland C/C++ 版，而且 PC機(jī)是大家最熟悉的開發(fā)環(huán)境，所以在 PC 機(jī)上學(xué)習(xí)和使用以μ COSⅡ是非常方便的。 KC／ OS— 11的網(wǎng)站上也提供了在 PC 機(jī)上運(yùn)行μ COSⅡ的源代 碼。但是由干 C/C++運(yùn)行庫(kù)和 DOS 本身的限制，在 PC 上運(yùn)行以μ COSⅡ時(shí)需要注意兩個(gè)問題。 第一，由于 DOS 下的 C 編譯器提供的運(yùn)行庫(kù)沒有考慮多線程應(yīng)用的問題，運(yùn)行庫(kù)中的全局變量和部分函數(shù)只適用于單線程。這些變量和函數(shù)包括： errno、 _doserrno、 strtok、strerror、 tmpnam、 tmpfile、 asctime、 gmtime、 ecvt、 fcvt 等。在μ COSⅡ中使用這些函數(shù)時(shí)要小心，要避免兩個(gè)任務(wù)同時(shí)調(diào)用這些函數(shù)，或者用信號(hào)量同步對(duì)這些函數(shù)的調(diào)用。 第二， DOS 是不能重入的，就是說(shuō)正在調(diào)用 DOS 服務(wù)期間，是不能再次調(diào)用 DOS 的，如果又進(jìn)行了 DOS 調(diào)用，那么肯定會(huì)引起系統(tǒng)崩潰。μ COSⅡ啟動(dòng)多任務(wù)后，如果兩個(gè)以上的任務(wù)進(jìn)行了 DOS 調(diào)用或者調(diào)用了需要 DOS 的 C/C++運(yùn)行庫(kù)（如： Printf， scanf 等等），就有可能引起 DOS 重人。所以在 *中，可以調(diào)用 BIOS 或直接操縱硬件，但要盡量減少 DOS調(diào)用。如果必須要用 DOS，最好只有一個(gè)調(diào)用 DOS 的任務(wù)，或者用信號(hào)量進(jìn)行同步。 16 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用領(lǐng)域可以包括 [7]： 1． 工業(yè)設(shè)計(jì) 基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備具有很大的發(fā)展空間，目前已經(jīng)有大量的 1 32位嵌入式微控制器應(yīng)用在工業(yè)過程控制、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域。 2. 交通管理 在車輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌 GPS 模塊， GSM 模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)成功運(yùn)用。目前， GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭。 3．信息家電 這將成為嵌入式系統(tǒng)最大的應(yīng)用領(lǐng)域，冰箱、空調(diào)等的網(wǎng)絡(luò)化、智能化將引領(lǐng)人們的生活步入一個(gè)嶄新的空間。即使不在家里，也可以通過電話 線、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 ⒋ 機(jī)器人 嵌入式芯片的發(fā)展將使機(jī)器人在微型化、智能化方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯，同時(shí)會(huì)大幅度的降低機(jī)器人的價(jià)格，使其在工業(yè)領(lǐng)域和服務(wù)領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。 ⒌ 家庭智能管理系統(tǒng) 水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌入式的專用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高、更準(zhǔn)確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域中，一些手持設(shè)備已經(jīng)體現(xiàn)出嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。 目前針對(duì)建立高效率、低成本和網(wǎng)絡(luò)化的智能家居終端，國(guó)內(nèi)外的許多公司都提出了相應(yīng)的解決方案，其中嵌入式 Inter 系統(tǒng)由于包括工業(yè) 控制和 IP 網(wǎng)絡(luò)接入的功能，而成為其中較令人關(guān)注的技術(shù)。 嵌入式 Inter 技術(shù)是指設(shè)備通過嵌入式模塊，而非 PC系統(tǒng)，直接接入 Inter 及城域網(wǎng)，以 Inter 為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信息交互的過程。目前國(guó)外許多大公司，如 EM WARE， Microchip、SII 等聯(lián)合成了嵌入式 Inter 聯(lián)盟，來(lái)專門討論和制定嵌入式 Inter 的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的技術(shù)開發(fā)，而 IBM、微軟、 SUN 也早就開始涉足相關(guān)軟件、操作平臺(tái)的開發(fā)。但應(yīng)該看到的是， 目前中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相關(guān)產(chǎn)品還較少，國(guó)際上的產(chǎn)品價(jià)格較高且還沒有進(jìn)入國(guó)內(nèi) 市場(chǎng)，隨著市場(chǎng)在 2020 年度的高速膨脹，產(chǎn)生的商機(jī)將是非常巨大的。令人欣喜的是，第一代的國(guó)產(chǎn)嵌入式智能家居終端已經(jīng)推出，目前正在向第二代過渡。 目前，家居智能化管理是信息社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而家庭局域子網(wǎng)則是實(shí)現(xiàn)這一任 17 務(wù)的必要載體。無(wú)論是在國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，這一市場(chǎng)都將是巨大的。一個(gè)混合型的家庭局域子網(wǎng)將成為數(shù)字家庭的主流，各種智能設(shè)備和家庭自動(dòng)化系統(tǒng)都將與之相連。 因此以 UPNETARM3000 為開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，不僅具有嵌入式系統(tǒng)的眾多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、專用性強(qiáng)，而且通過智能家庭網(wǎng)關(guān)的控制，很 好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)家電和室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且具備了遠(yuǎn)程訪問功能和自動(dòng)報(bào)警功能，基本滿足了現(xiàn)在人們?cè)谌粘Ｉ钪械母鞣N需要，解決了人們的后顧之憂，使人們的生活更加安逸舒適。 第三章 智能車庫(kù)的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)現(xiàn)代別墅的智能化車庫(kù)，首先對(duì)車庫(kù)各部分的功能塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后通過 PLC 和 PC 實(shí)現(xiàn)總體的控制，形成一個(gè)智能車庫(kù)。 設(shè)計(jì)目標(biāo) 智能車庫(kù)是智能家居的一個(gè)重要組成部分，從現(xiàn)今的智能家居來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)別墅缺少了一個(gè)智能車庫(kù)就好像一幅美麗的 畫像少畫了眼神一樣。可見智能車庫(kù)在今天智能家居中所處的重要地位。 智能車庫(kù)的總體部分包括建筑部分、車庫(kù)門部分和車輛檢測(cè)維護(hù)系統(tǒng)。而他們?nèi)糠钟质窍嗷ヂ?lián)系的。 本次設(shè)計(jì)所選的為別墅的智能車庫(kù)，所以為小型的家庭智能車庫(kù)，而并非是大型車庫(kù)，使用立體式的控制。由于是家庭型車庫(kù)，所以智能車庫(kù)體現(xiàn)出來(lái)的功能為貼心、實(shí)用、便捷?？紤]到這一點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用了杭州天宇車庫(kù)公司所制作的 WDKMJ03/04 型 智能車庫(kù)門控制器對(duì)車庫(kù)門進(jìn)行控制。智能車庫(kù)門控制器控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)門的智能化控制，它受PLC 的控制可以做到對(duì) 車庫(kù)門的控制。其次本次設(shè)計(jì)的智能車庫(kù)主要亮點(diǎn)為對(duì)進(jìn)庫(kù)的車輛實(shí)現(xiàn)全方位的檢測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)的車輛情況和已經(jīng)出現(xiàn)的情況進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)，如果出現(xiàn)情況如：（輛輪胎壓力不足或者過高）并且把這些檢測(cè)到的信號(hào)傳送到車主的 PC 上，及時(shí)的提醒車主對(duì)車輛進(jìn)行有必要和針對(duì)性的進(jìn)行車輛維護(hù)，以達(dá)到車輛維護(hù)和安全的目的。并且本次智能車庫(kù)的設(shè)計(jì)還對(duì)進(jìn)庫(kù)的車輛進(jìn)行全方面的維護(hù)，例如裝有恒溫控制器，保護(hù)了車輛的水箱和油箱，裝有報(bào)警裝置，可以很好的對(duì)庫(kù)內(nèi)物品進(jìn)行保護(hù)和防火作用。 智能車庫(kù)門 18 本次設(shè)計(jì)的車庫(kù)門主要安裝了防盜卷聯(lián)門和智能車 庫(kù)門控制器。車庫(kù)門的寬度和高度均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如： 門側(cè)空間≥ 150mm 門頂空間≥ 200mm 洞口寬度、洞口高度、應(yīng)與所選型號(hào)門體尺寸相一致或略小于門體尺寸。 車庫(kù)凈寬≥門側(cè)空間 *2+所選型號(hào)門體寬度。 車庫(kù)凈寬≥門頂空間 +所先型號(hào)門體高度 車庫(kù)進(jìn)深應(yīng)大于 觀察車庫(kù) 有無(wú)門垛（立柱），如有門垛，測(cè)量門洞 凈尺寸，在此基礎(chǔ)上加上 80mm，就是門 體的凈寬度。（如圖一） 車庫(kù)如無(wú)門垛，測(cè)量門洞凈尺寸，在 此基礎(chǔ)上減去 80mm，就是門體的凈寬度。 （如圖二） 隨著人民生活水平的不斷提高， 迅速發(fā)展智能化樓寓已是房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。同時(shí)隨著人們安全防范意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，對(duì)居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高。因此房地產(chǎn)業(yè)由“量”向“質(zhì)”的轉(zhuǎn)變也是大勢(shì)所趨。所以，生態(tài)、環(huán)保、健康、節(jié)能、智能的門窗將受到廣大房地產(chǎn)開發(fā)商和消費(fèi)者的青睞。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所采用的 WDKMJ03/04 型 智能車庫(kù)門控制器正是一種集計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品。整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用微電腦，高精度地進(jìn)行多級(jí)分段掃描和受力分析，并通過軟硬件配合實(shí)現(xiàn)全過程運(yùn)行中，無(wú)需采用任何傳感器，就可達(dá)到高靈敏度的八級(jí)等力遇 阻反彈，確保自動(dòng)門運(yùn)行過 程的安 全可靠 19 這種智能車庫(kù)門控制器 通過電機(jī)編碼掃描精 確控制定位，開關(guān)門位置可精確到毫米級(jí)。柔性啟動(dòng)，平 滑過度，使門體運(yùn)