摘要 隨著科學技術的發(fā)展和人們物質(zhì)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(xiàn)代智能化建筑中,，它將提供給住戶一個安全、方便的環(huán)境,。本文選用LM3S615微控制器芯片和實時操作系統(tǒng)μC／OS-II設計了嵌入式智能窗系統(tǒng),。
關鍵詞 ARMμC／OS-II智能窗
1 系統(tǒng)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(jiān)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(tǒng)開發(fā)的關鍵所在,。本文選用Luminary Micro(流明諾瑞)公司生產(chǎn)的Stellaris(群星)系列微控制器LM3S615,，并以該芯片為核心搭建系統(tǒng)硬件平臺。LM3S615是Luminary公司首款基于ARM Crotex—M3內(nèi)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(xiàn),。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,。
2 系統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)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(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)類型和堆棧增長方向。
②在OS_CPU_C. C中定義6個函數(shù)：OSTaskStklnit(),、OSTaskCreateHook(),、OSTaskSwHook()、OSTaskDelHook(),、OSTaskStatHook(),、OSTimeTickHook()。
③在0S_CPU_A．ASM中修改以下5個匯編函數(shù)：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(shù),、最多內(nèi)存分塊數(shù),、最多消息隊列數(shù)、最多任務數(shù),、最低任務優(yōu)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(jié)拍數(shù)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(tǒng)的具體需要。
2．2 μC／OS—II下多任務機制的實現(xiàn)
根據(jù)系統(tǒng)的功能模塊,，可將整個系統(tǒng)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(tǒng),，對任務的調(diào)度是按優(yōu)先權(quán)的高低進行的,，優(yōu)先權(quán)的設置按照整個系統(tǒng)運行的時序來確定，對系統(tǒng)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(yōu)先級,。各任務優(yōu)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(tǒng)運行過程中,，各任務的優(yōu)先級固定不變,。CPU對大多數(shù)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(fā)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(tǒng)，所以把系統(tǒng)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(tǒng)功能由多個任務協(xié)作完成。本系統(tǒng)的任務分配如表1所列,。
(2)主要任務描述首先建立一個main()函數(shù),，在主函數(shù)中調(diào)用OS-Init()函數(shù)初始化μC／OS-II,，然后建立第一個任務(起始任務)，最后調(diào)用OS-Start()函數(shù)啟動多任務,。在建立主函數(shù)之前必須定義各個任務的堆棧,、系統(tǒng)的全局變量和相關宏。主函數(shù)的程序清單如下：
起始任務是系統(tǒng)建立的第一個任務,，主要有3個功能：完成對目標板的初始化(主要是定時器,、外部中斷和串行口的初始化)，建立系統(tǒng)所要用到的信號量,，建立系統(tǒng)的其他任務,。起始任務部分程序清單如下：
在電機開窗任務中首先等待信號量sem_open。該信號量是由煤氣處理任務,、紅外遙控處理任務發(fā)送的,。如果電機開窗任務得到該信號量，程序就設置電機轉(zhuǎn)動方向,，并控制PWM送出電機轉(zhuǎn)動脈沖，直到窗戶被打開,。
電機關窗任務必須等到信號量sem_close有效時才會被激活,。信號量sam_close由盜情處理任務、下雨處理任務,、大風處理任務,、紅外遙控處理任務發(fā)送。
短信任務則要得到盜情處理任務發(fā)出的信號量sam_dq時被激活,。系統(tǒng)采用門磁傳感器作為人室盜竊報警信號發(fā)生器,。當窗戶被打開時，門磁的開關狀態(tài)發(fā)生變化,，信號被發(fā)送到微處理器,。微處理器檢測到信號輸入、控制GPRS模塊發(fā)送中文報警信息給戶主手機,，戶主可根據(jù)短信及時報警,，避免造成更大的損失。
3 小 結(jié)
完成了基于32位ARM微處理器LM3S615和嵌入式實時操作系統(tǒng)μc／os—II的嵌入式智能窗的設計開發(fā),，并為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了一種解決方案,。μc／os—II作為一個優(yōu)秀的RTOS已經(jīng)被成功移植到多種體系結(jié)構(gòu)的微處理器上。將其移植到ARM平臺上能夠更深刻地理解RTOS的構(gòu)造,，加快應用和開發(fā),。把μC/OS-II引入到智能窗控制系統(tǒng)的軟件設計中，使軟件的開發(fā)更具層次性,，開發(fā)效率更高,，系統(tǒng)的穩(wěn)定性,、可靠性、實時性更強,，也更容易擴展,。