基于μC／OS-II的智能窗系統設計

摘要 隨著科學技術的發展和人們物質生活水平的不斷提高，人們對家庭生活舒適性和安全性的需求越來越強烈。智能窗將被越來越多地應用到現代智能化建筑中，它將提供給住戶一個安全、方便的環境。本文選用LM3S615微控制器芯片和實時操作系統μC／OS-II設計了嵌入式智能窗系統。
關鍵詞 ARMμC／OS-II智能窗

1 系統硬件設計
智能窗所要完成的功能如下：自動智能防盜并能短信通知戶主，監控煤氣泄漏，自動防風，自動防雨，智能遙控開關窗門。CPU的選擇是嵌入式系統開發的關鍵所在。本文選用Luminary Micro(流明諾瑞)公司生產的Stellaris(群星)系列微控制器LM3S615，并以該芯片為核心搭建系統硬件平臺。LM3S615是Luminary公司首款基于ARM Crotex―M3內核的微控制器，具有高性能的32位運算能力和低延遲的中斷響應，在汽車電子和工控領域有出色的表現。系統架構如圖1所示。

2 系統軟件設計
2．1 μc／os―II的移植
μC／OS―II是一種源碼開放、移植性好、可裁減、搶占式的實時多任務操作系統內核。其中大部分代碼是用ANSI C語言編寫的，只有極少部分與處理器密切相關的代碼需用匯編完成。基于μc／os―II嵌入式操作系統的軟件體系結構如圖2所示，它包括應用軟件程序、與應用軟件相關的代碼、與處理器無關的代碼以及與處理器相關的代碼。所謂移植就是編寫與處理器相關的代碼，分別是頭文件OS_CPU．H、匯編文件OS_CPU_A．ASM和C語言源文件OS_CPU_C．C。
①在OS_CPU．H中定義相關的宏，聲明LM3S615能夠識別的數據類型和堆棧增長方向。
②在OS_CPU_C. C中定義6個函數：OSTaskStklnit()、OSTaskCreateHook()、OSTaskSwHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskStatHook()、OSTimeTickHook()。
③在0S_CPU_A．ASM中修改以下5個匯編函數：OS ENTER_CRITICAL()、0S_EXIT_CRITICAL()、OS_StartHighRdy、OSCtxSw、OSIntCtxSw。
④在主頭文件INCLUDES．H中增加OS_CPU．H、OS_CPU_C．C和0S_CPU_A．ASM。
⑤在配置文件OS_CFG．H中定義最大事件數、最多內存分塊數、最多消息隊列數、最多任務數、最低任務優先級、是否允許信號量使能、是否允許郵箱使能、是否允許消息隊列使能、時鐘節拍數以及其他的一些配置。通過修改這些設置，可對μC／OS―II進行裁減，使之適應本系統的具體需要。
2．2 μC／OS―II下多任務機制的實現
根據系統的功能模塊，可將整個系統劃分為幾個并行存在的任務來運行，各個任務完成相對獨立的功能。μC／OS―II是占先式操作系統，對任務的調度是按優先權的高低進行的，優先權的設置按照整個系統運行的時序來確定，對系統安全運行較重要和對實時性要求較嚴格的任務設成較高的優先級。各任務優先級由高到低依次為：煤氣處理任務、盜情處理任務、下雨處理任務、大風處理任務、紅外遙控任務、電機開窗任務、電機關窗任務、短信任務。在系統運行過程中，各任務的優先級固定不變。CPU對大多數事件的處理都放在任務中完成，而各個任務由對應的信號量激活。信號量可以由任務或外部中斷來發送。

(1)任務建立和資源分配
μC／OS―II是一個實時多任務操作系統，所以把系統軟件分割成多個任務，每個任務負責完成相應的處理工作，系統功能由多個任務協作完成。本系統的任務分配如表1所列。