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基于Crotex-M3及μC/OS-II的自动智能防盗窗设计方案
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2017-10-26
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1系统硬件设计
智能窗所要完成的功能如下：自动智能防盗并能短信通知户主，监控煤气泄漏，自动防风，自动防雨，智能遥控开关窗门。CPU的选择是嵌入式系统开发的关键所在。本文选用LuminaryMicro（流明诺瑞）公司生产的Stellaris（群星）系列微控制器LM3S615，并以该芯片为核心搭建系统硬件平台。LM3S615是Luminary公司首款基于ARMCrotex—M3内核的微控制器，具有高性能的32位运算能力和低延迟的中断响应，在汽车电子和工控领域有出色的表现。系统架构如图1所示。
2系统软件设计
2．1μC／OS—II的移植
μC／OS—II是一种源码开放、移植性好、可裁减、抢占式的实时多任务操作系统内核。其中大部分代码是用ANSIC语言编写的，只有极少部分与处理器密切相关的代码需用汇编完成。基于μc／os—II嵌入式操作系统的软件体系结构如图2所示，它包括应用软件程序、与应用软件相关的代码、与处理器无关的代码以及与处理器相关的代码。所谓移植就是编写与处理器相关的代码，分别是头文件OS_CPU．H、汇编文件OS_CPU_A．ASM和C语言源文件OS_CPU_C．C。
①在OS_CPU．H中定义相关的宏，声明LM3S615能够识别的数据类型和堆栈增长方向。
②在OS_CPU_C.C中定义6个函数：OSTaskStklnit（）、OSTaskCreateHook（）、OSTaskSwHook（）、OSTaskDelHook（）、OSTaskStatHook（）、OSTimeTickHook（）。
③在0S_CPU_A．ASM中修改以下5个汇编函数：OSENTER_CRITICAL（）、0S_EXIT_CRITICAL（）、OS_StartHighRdy、OSCtxSw、OSIntCtxSw。
④在主头文件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中定义最大事件数、最多内存分块数、最多消息队列数、最多任务数、最低任务优先级、是否允许信号量使能、是否允许邮箱使能、是否允许消息队列使能、时钟节拍数以及其他的一些配置。通过修改这些设置，可对μC／OS—II进行裁减，使之适应本系统的具体需要。
2．2μC／OS—II下多任务机制的实现
根据系统的功能模块，可将整个系统划分为几个并行存在的任务来运行，各个任务完成相对独立的功能。μC／OS—II是占先式操作系统，对任务的调度是按优先权的高低进行的，优先权的设置按照整个系统运行的时序来确定，对系统安全运行较重要和对实时性要求较严格的任务设成较高的优先级。各任务优先级由高到低依次为：煤气处理任务、盗情处理任务、下雨处理任务、大风处理任务、红外遥控任务、电机开窗任务、电机关窗任务、短信任务。在系统运行过程中，各任务的优先级固定不变。CPU对大多数事件的处理都放在任务中完成，而各个任务由对应的信号量激活。信号量可以由任务或外部中断来发送。
智能窗所要完成的功能如下：自动智能防盗并能短信通知户主，监控煤气泄漏，自动防风，自动防雨，智能遥控开关窗门。CPU的选择是嵌入式系统开发的关键所在。本文选用LuminaryMicro（流明诺瑞）公司生产的Stellaris（群星）系列微控制器LM3S615，并以该芯片为核心搭建系统硬件平台。LM3S615是Luminary公司首款基于ARMCrotex—M3内核的微控制器，具有高性能的32位运算能力和低延迟的中断响应，在汽车电子和工控领域有出色的表现。系统架构如图1所示。
2系统软件设计
2．1μC／OS—II的移植
μC／OS—II是一种源码开放、移植性好、可裁减、抢占式的实时多任务操作系统内核。其中大部分代码是用ANSIC语言编写的，只有极少部分与处理器密切相关的代码需用汇编完成。基于μc／os—II嵌入式操作系统的软件体系结构如图2所示，它包括应用软件程序、与应用软件相关的代码、与处理器无关的代码以及与处理器相关的代码。所谓移植就是编写与处理器相关的代码，分别是头文件OS_CPU．H、汇编文件OS_CPU_A．ASM和C语言源文件OS_CPU_C．C。
①在OS_CPU．H中定义相关的宏，声明LM3S615能够识别的数据类型和堆栈增长方向。
②在OS_CPU_C.C中定义6个函数：OSTaskStklnit（）、OSTaskCreateHook（）、OSTaskSwHook（）、OSTaskDelHook（）、OSTaskStatHook（）、OSTimeTickHook（）。
③在0S_CPU_A．ASM中修改以下5个汇编函数：OSENTER_CRITICAL（）、0S_EXIT_CRITICAL（）、OS_StartHighRdy、OSCtxSw、OSIntCtxSw。
④在主头文件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中定义最大事件数、最多内存分块数、最多消息队列数、最多任务数、最低任务优先级、是否允许信号量使能、是否允许邮箱使能、是否允许消息队列使能、时钟节拍数以及其他的一些配置。通过修改这些设置，可对μC／OS—II进行裁减，使之适应本系统的具体需要。
2．2μC／OS—II下多任务机制的实现
根据系统的功能模块，可将整个系统划分为几个并行存在的任务来运行，各个任务完成相对独立的功能。μC／OS—II是占先式操作系统，对任务的调度是按优先权的高低进行的，优先权的设置按照整个系统运行的时序来确定，对系统安全运行较重要和对实时性要求较严格的任务设成较高的优先级。各任务优先级由高到低依次为：煤气处理任务、盗情处理任务、下雨处理任务、大风处理任务、红外遥控任务、电机开窗任务、电机关窗任务、短信任务。在系统运行过程中，各任务的优先级固定不变。CPU对大多数事件的处理都放在任务中完成，而各个任务由对应的信号量激活。信号量可以由任务或外部中断来发送。
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