基于ARM7的分布式遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)的傳輸常會(huì)出現(xiàn)連續(xù)置為0的字節(jié)，這種零電平在傳輸過(guò)程中，非常容易受到干擾變成其他數(shù)據(jù)。因此數(shù)據(jù)采用余3編碼方式。對(duì)數(shù)據(jù)幀的每個(gè)字節(jié)都采用奇偶效驗(yàn)，并計(jì)算所有的數(shù)據(jù)字節(jié)累加和、異或和，放在數(shù)據(jù)幀中供接受方效驗(yàn)。

5、Modem的控制和AT指令集

目前市場(chǎng)常見(jiàn)的Modem都支持AT指令集，即所有的命令行都是由前綴“AT”構(gòu)成，它是Attention的縮寫，其基本格式為：AT命令[參數(shù)]命令 [參數(shù)]……結(jié)束符。結(jié)束符是一個(gè)單字符，其值存在寄存器S3中，默認(rèn)為回車符。在一個(gè)命令行中可以包含多個(gè)命令，但不要超過(guò)Modem的命令緩沖器所能 容納的字符數(shù)，一般為40個(gè)字符。Modem會(huì)自動(dòng)從AT兩個(gè)字符中檢測(cè)出波特率、字長(zhǎng)、奇偶效驗(yàn)，故Modem無(wú)需設(shè)置這些參數(shù)。

Modem的工作狀態(tài)可以分為命令狀態(tài)和在線狀態(tài)。在命令狀態(tài)下接收并執(zhí)行AT指令，當(dāng)建立通信鏈路后進(jìn)人在線狀態(tài)，這時(shí)Modem不再對(duì)發(fā)給它的數(shù)據(jù)解 釋，而是直接發(fā)給遠(yuǎn)端的接收系統(tǒng)。在線狀態(tài)下，如果接收到狀態(tài)轉(zhuǎn)化序列十十十”，則轉(zhuǎn)人在線命令狀態(tài)。詳細(xì)的AT指令集的介紹見(jiàn)。

6、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

LPC2132 微處理器工作頻率可以達(dá)到60MHz，有3級(jí)流水線，大多數(shù)指令可以單周期完成，片上帶有128KB FLASH程序存儲(chǔ)器和16KB SRAM，它的性能和存儲(chǔ)空間，使嵌入操作系統(tǒng)的應(yīng)用成為可能。目前市場(chǎng)上的大型商業(yè)嵌人式操作系統(tǒng)已經(jīng)十分成熟，但價(jià)格昂貴。采用源碼公開(kāi)的免費(fèi)軟件是 一種好的選擇。uClinux功能強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定，但代碼和需要的RAM過(guò)于龐大。uC/OS-II則簡(jiǎn)單實(shí)用，內(nèi)核可剪裁到只有3K左右。本系統(tǒng)的軟件 基于uC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)是一個(gè)理想的選擇。

uC/OS-II是一個(gè)源代碼完全公開(kāi)、可移植、可固化、可剪裁的搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。最多可以同時(shí)執(zhí)行64個(gè)優(yōu)先級(jí)不同的任務(wù)，任務(wù)之間的通信和同步是通過(guò)信號(hào)量(Semaphore)、郵箱(Mailbox)或隊(duì)列(Queue)來(lái)完成的。信號(hào)量用來(lái)保護(hù)特定的共享資源，或同步其它任務(wù)。郵箱和隊(duì)列都是用來(lái)在任 務(wù)間發(fā)送消息，只不過(guò)前者只能發(fā)一條信息，后者可以發(fā)送多條。uC/OS-II需要一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘(Clock Tick)，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間延時(shí)和超時(shí)確認(rèn)。時(shí)鐘節(jié)拍越高，系統(tǒng)時(shí)間精度越高，但系統(tǒng)的額外開(kāi)銷越大。詳細(xì)介紹見(jiàn)文獻(xiàn)。

在uC/OS-II操作系統(tǒng)的管理下，本系統(tǒng)分為4個(gè)任務(wù)：

任務(wù)1：定時(shí)采集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，按照上位機(jī)所設(shè)置的采集頻率，定時(shí)采集存儲(chǔ)各個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)。

任務(wù)2：數(shù)據(jù)幀處理，對(duì)串口接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。接受到效驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)幀，執(zhí)行相應(yīng)的操作，如處理上位機(jī)的控制信息、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、發(fā)送信號(hào)量給其他任務(wù)和發(fā)送正確接受的應(yīng)答幀等。

任務(wù)3：報(bào)警任務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常立即向上位機(jī)報(bào)警，同時(shí)撥打報(bào)警電話。

任務(wù)4：自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)，當(dāng)采集到一定量數(shù)據(jù)，主動(dòng)上傳到上位機(jī)。

在多任務(wù)系統(tǒng)中，通過(guò)時(shí)鐘中斷的周期性任務(wù)，在確定的時(shí)間執(zhí)行一次，其它時(shí)間都處在休眠狀態(tài)。若它在各任務(wù)中處于最高優(yōu)先級(jí)，就能夠保證該任務(wù)嚴(yán)格的時(shí)間 有效性。任務(wù)1就是此類任務(wù)，所以放在最高優(yōu)先級(jí)。每隔確定的時(shí)間運(yùn)行一次，即采集存儲(chǔ)一次數(shù)據(jù)，其它時(shí)間處于休眠狀態(tài)。

任務(wù)3和任務(wù)4在和上位機(jī)通信的過(guò)程中，都需要數(shù)據(jù)幀處理任務(wù)給它們解釋上位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，所以任務(wù)2作為第二優(yōu)先級(jí)。當(dāng)串口中斷接受到上位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù) 據(jù)，放到FIFO的隊(duì)列中，同時(shí)發(fā)信號(hào)量給任務(wù)2，任務(wù)1不在執(zhí)行時(shí)，任務(wù)2立即變?yōu)楫?dāng)前運(yùn)行任務(wù)，處理串口接受到的數(shù)據(jù)，其它時(shí)間處于等待狀態(tài)。

自動(dòng)上傳數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，所以放在最低優(yōu)先級(jí)。報(bào)警任務(wù)放在第三優(yōu)先級(jí)，這樣可以保證在發(fā)生異常時(shí)，能及時(shí)的向上位機(jī)和有關(guān)人員報(bào)警。

多任務(wù)系統(tǒng)中，就要考慮對(duì)共享資源的保護(hù)，同一時(shí)間內(nèi)，只能有一個(gè)任務(wù)占用此資源。本系統(tǒng)中，串口是四個(gè)任務(wù)都需要占用的資源，來(lái)控制Modem或向上位 機(jī)傳送數(shù)據(jù)，I2C總線在任務(wù)1和任務(wù)4中要用來(lái)讀寫EEPROM中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。所以建立了兩個(gè)互斥信號(hào)量來(lái)保護(hù)串口和I2C總線，當(dāng)任務(wù)需要使用串口或 I2C總線，先申請(qǐng)相應(yīng)共享資源的信號(hào)量，如果信號(hào)已被別的任務(wù)占用，該任務(wù)只得被掛起，直到信號(hào)被當(dāng)前使用者釋放。

這樣安排多個(gè)任務(wù)，充分利用了系統(tǒng)資源，保證了整個(gè)系統(tǒng)各任務(wù)協(xié)調(diào)、高效的運(yùn)行和系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

7、小結(jié)

　　經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。完全開(kāi)放的UC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)的采用，多任務(wù)的管理提高了開(kāi)發(fā)效率，縮短了開(kāi)發(fā)周期，提高了系統(tǒng)性 能。在升級(jí)系統(tǒng)時(shí)，只要加入其它任務(wù)到操作系統(tǒng)中，就可以擴(kuò)展功能，程序的可讀性和可維護(hù)性好。以ARM7和uC/OS-11為基礎(chǔ)構(gòu)成的嵌人式系統(tǒng)，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單小巧、成本低廉、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，特別適用于中小型嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。