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隨著信息技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字化產(chǎn)品的普及，從消費(fèi)電器到工業(yè)設(shè)備，從民用產(chǎn)品到軍用器材，嵌入式系統(tǒng)被應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)、手持通信設(shè)備、國(guó)防軍事、消費(fèi)電子和自動(dòng)化控制等各個(gè)領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備，如掌上PDA、移動(dòng)計(jì)算設(shè)備、電視機(jī)頂盒、手機(jī)上網(wǎng)、數(shù)字電視、多媒體、汽車、微波爐、數(shù)字相機(jī)、家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)、蜂窩式電話、消費(fèi)電子設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化儀表與醫(yī)療儀器等。嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿κ蛊涑蔀?SPAN lang=EN-US>21世紀(jì)的應(yīng)用熱點(diǎn)之一。
2 嵌入式系統(tǒng)組成及其特點(diǎn)
嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件等幾大部分組成。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)，而大多使用EPROM、EEPROM或閃存（Flash Memory）作為存儲(chǔ)介質(zhì)。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為，而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。
由于嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下執(zhí)行面對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，所以不同于通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的多樣化和適用性。它與通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：1）嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的，一般都有實(shí)時(shí)要求；2）嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體工業(yè)、電子技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與各領(lǐng)域的具體應(yīng)用結(jié)合的產(chǎn)物，這一特點(diǎn)決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)傳承系統(tǒng)；3）嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，一般具有較長(zhǎng)的生命周期；4）為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器或處理器的內(nèi)部存儲(chǔ)器件中，而不存儲(chǔ)于外部的磁盤等載體中。5）嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力。
3 電梯控制系統(tǒng)及主控制器的設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)各樓層與控制器之間采用以PLC為控制核心的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式，每個(gè)呼叫器都有一套數(shù)據(jù)線與主控器相連，當(dāng)電梯樓層數(shù)比較多時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)有大量的數(shù)據(jù)線需要連接，使得電梯的安裝、維護(hù)比較麻煩。特別是不同樓層數(shù)的控制系統(tǒng)需要有相應(yīng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的主控制器相匹配，通用性差。
以嵌入式微處理器為核心控制器的嵌入式系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)嶄新領(lǐng)域，在工業(yè)控制中已得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)，具有很大的優(yōu)越性：1）可以實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)邏輯線路，提高系統(tǒng)可靠性，降低維護(hù)費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量；2）編程控制程序靈活性大，可以適應(yīng)不同功能要求；3）可以實(shí)現(xiàn)故障顯示，使得維修方便，減少故障時(shí)間，提高運(yùn)行率；4）使得電梯控制系統(tǒng)體積減小，成本降低，節(jié)省能源，通用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜功能；5）可以減少控制裝置的占地面積。
電梯控制系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)，系統(tǒng)要在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)幾百個(gè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、處理，加上系統(tǒng)對(duì)安全性要求較高，因此電梯的控制和管理相當(dāng)復(fù)雜。電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1:
圖1 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖中主控制器是電梯控制系統(tǒng)的主要部分，負(fù)責(zé)整個(gè)電梯的運(yùn)行控制。轎廂是電梯系統(tǒng)中運(yùn)載乘客的裝置，它通過轎廂中的鍵盤、顯示屏，使乘客與電梯建立了相互聯(lián)系。呼梯是每一層樓的呼叫裝置，給出每一層的呼叫請(qǐng)求信息，并且顯示電梯當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。主控制器、轎廂控制器和呼梯控制器之間采用CAN總線進(jìn)行通信，各控制器之間用一對(duì)雙絞線通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接。
在電梯控制系統(tǒng)中，主控制器不僅要完成復(fù)雜的邏輯控制，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理、安全監(jiān)測(cè)及實(shí)時(shí)響應(yīng)的功能。根據(jù)主控制器這一特點(diǎn)，本文提出了一種新型、高效的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DSP+CPLD。由于DSP具有數(shù)據(jù)處理速度快、工作特性穩(wěn)定等特性，在設(shè)計(jì)中主要用來完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理、運(yùn)算和響應(yīng)，輸入/輸出（I/O）信號(hào)的處理，電源監(jiān)控及數(shù)據(jù)保存。在設(shè)計(jì)中采用CPLD可以增強(qiáng)DSP訪問外圍設(shè)備的能力，實(shí)現(xiàn)可編程I/O口的擴(kuò)展、片內(nèi)時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路設(shè)計(jì)、輸入緩沖、輸出驅(qū)動(dòng)及產(chǎn)生其它器件的片選信號(hào)。CPLD通過片內(nèi)可編程數(shù)據(jù)交換邏輯模塊發(fā)送輸入端口狀態(tài)信息到DSP，接受DSP發(fā)出的控制信息，對(duì)于系統(tǒng)中部分輸入、輸出邏輯關(guān)系直接在CPLD中由可編程邏輯處理模塊完成。電梯主控制器結(jié)構(gòu)如圖2。
DSP對(duì)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、處理后，將狀態(tài)信息發(fā)送到通信總線上，傳送給其它微處理器；將控制信號(hào)傳送至CPLD，由CPLD進(jìn)行邏輯處理，使控制對(duì)象產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。
4 嵌入式系統(tǒng)在電梯系統(tǒng)主控制器中的應(yīng)用
隨著以嵌入式處理器為核心的智能電梯控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展和普及，對(duì)電梯控制系統(tǒng)的主控制器在功能、實(shí)時(shí)性、可靠性和軟件編程的靈活性提出了更多、更高的要求。考慮到這些情況，有必要在電梯控制系統(tǒng)中引入嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件開發(fā)平臺(tái)。例如可以選用源碼公開、成熟的µ/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)。
在電梯控制系統(tǒng)中使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)µ/OS-Ⅱ，可以將應(yīng)用程序分解成多任務(wù)，簡(jiǎn)化了應(yīng)用系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。使得電梯控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到保證，而且良好的多任務(wù)設(shè)計(jì)，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。電梯控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖3:
電梯控制系統(tǒng)中斷模塊包括兩部分：定時(shí)器模塊和CAN總線數(shù)據(jù)接收模塊。
1）定時(shí)器模塊采用中斷3，函數(shù)是c_int2().
void c_int2()
{
if(PIVR==0x
{
unsigned int Tint=0; /*定義局部變量Tint*/
OSIntEnter(); /*通知內(nèi)核開始中斷服務(wù)*/
OSTimeTick(); /*10MS一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍*/
…………
中斷服務(wù)子程序
…………
OSMboxPost(TimerMbox,(void*)&Tint); /*發(fā)送定時(shí)時(shí)間消息到軟件定時(shí)器 */
OSIntExit(); /*退出中斷*/
asm(“ CLRC INTM”); /*開中斷*/
}
}
2）CAN總線數(shù)據(jù)接收模塊采用中斷5，函數(shù)是c_int5().
void c_int5()
{
if(PIVR==0x0040)
{
unsigned int CANint=0; /*定義局部變量*/
OSIntEnter(); /*通知內(nèi)核開始中斷服務(wù)*/
呼梯或是轎廂發(fā)送的數(shù)據(jù)的ID號(hào)判斷
…………………
中斷服務(wù)子程
…………………
OSMboxPost(CANREMbox,(void*)&CANint); /*發(fā)送CAN總線接收到的數(shù)據(jù)消息到CAN接收數(shù)據(jù)處理函數(shù)Can_Receive()*/
OSIntExit(); /*退出中斷*/
asm(“ CLRC INTM”); /*開中斷*/
}
}
隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支，并取得了巨大的進(jìn)步。嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核小、實(shí)時(shí)多任務(wù)性給實(shí)際應(yīng)用帶來很多的方便。用戶可以在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)程序的編寫與調(diào)試，極為方便地實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同控制器之間以及控制器網(wǎng)絡(luò)與通信管理網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換。
參考文獻(xiàn)：
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2. 何小慶，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來，單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001.3，P5~9
3. 王濤張，偉良. 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)及其在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，電子技術(shù)應(yīng)用, 2002. 6，P5~8
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)