基于飛思卡爾MK10N512微控制器及MQX操作系統的電梯主控系統設計

　　摘要：本文首先簡要介紹飛思卡爾MK10N512微控制器以及MQX操作系統，然后詳細介紹基于它們的電梯主控系統硬件和軟件設計。硬件系統設計重點介紹微控制器通信外設接口與總線接口的設計。軟件系統設計從開發環境、軟件架構、系統初始化、任務設計、通信設計、電梯控制運行等方面來詳細論述。

　　前言

　　隨著社會的快速發展，人們對電梯的需求從最初的提供大樓上上下下的運輸服務，到現在的安全、舒適、可靠的乘坐體驗。這對電梯控制的要求越來越高，以前的繼電器控制技術已經不能滿足現在的需求。帶微處理器、微控制器的嵌入式控制系統已取代繼電器控制系統，成為當今電梯主流控制系統。

　　1 主控芯片介紹

　　MK10N512是飛思卡爾公司提供的超低功耗、高數據安全性、高性能的ARM Cortex-M4微控制器系列芯片。ARM Cortex-M4內核的SVCall和PendSV中斷非常適用于實時操作系統的任務切換，內置的系統時鐘節拍模塊能夠為實時操作系統提供系統時鐘。

　　MK10N512芯片具有1.71~3.6V寬工作電壓，閃存編程電壓低至 1.71 V;其最高工作頻率為100MHz，在此頻率下的處理性能達到125DMIPS，性能滿足電梯控制要求。MK10N512內置512kB Flash ROM、128kB RAM內部高速存儲器，更配置多功能外部總線接口FlexBus，方便擴展外部存儲器以及I/O。其通訊模塊包括2路CAN、5路UART、3路SPI通信模塊，滿足系統與外部通信及擴展需求。內置的實時時鐘模塊RTC，實現電梯主控系統記錄故障發生時間，方便現場工程人員跟蹤、解決故障。MK10N512的-40~105℃寬溫度特性更是符合電梯控柜較為惡劣的使用環境。

　　總體來說，MK10N512是一款符合電梯控制系統要求的、高性能、低成本、可靠性高的微控制器。

　　2 MQX操作系統介紹

　　MQX是飛思卡爾半導體公司推出的應用于工業控制、汽車電子及消費電子的嵌入式實時操作系統(RTOS)。MQX采用微內核結構，具有標準的API接口、模塊化架構，支持DOS文件系統、TCP/IP協議棧和USB協議棧等，在實時性、裁減性和移植性上都具有較理想的性能。

　　MQX為免費、開源操作系統，對飛思卡爾微控制器提供大量BSP、PSP包、范例應用支持，使用飛思卡爾微控制器的用戶可免費使用MQX操作系統，特別適合于基于飛思卡爾微控制器的實時嵌入式系統的開發。

　　MQX包含嵌入式操作系統的基本功能和自有功能，如任務管理、中斷管理、內存管理、時間管理和日志管理等。MQX以組件(component)的形式來實現其功能，MQX組件可以分為核心組件和可選組件，如圖1^[1]所示。

　　圖1中心部分為核心組件，周圍環繞部分為可選組件。核心組件包括初始化組件(Initialization)、RR(Round Robin輪詢)&FIFO(先進先出)調度組件(Scheduling)、輕量級信號量(lightweight semaphores)、核心內存服務(Core memory services)等組件。可選組件包括任務管理(Task management)、格式化I/O(Formatted I/O)、中斷管理(interrupts)等。

　　3 電梯控制系統組成

　　電梯控制系統由主控系統、召喚通信驅動系統、電機拖動系統以及門控系統組成，如圖2所示。主控系統是電梯控制系統的核心，負責處理召喚，傳輸指令給電機拖動系統和門控系統，控制電梯運行和開關門，檢測電梯故障等。召喚通信驅動系統負責把位于層站以及轎廂的召喚按鈕信號傳輸給主控系統。電機拖動系統負責接收主控系統的運行指令，利用變頻技術驅動電機運轉。門控系統則負責接收主控系統的開關門指令，控制電梯自動開關門。電機拖動系統和門控系統同時也會把自身的運行狀態信息反饋給主控系統。下面詳細介紹主控系統軟硬件設計。