基于RTOS的伺服压力机数控系统

3 软件设计

　　在ARM微控制器LPC 2468上移植嵌入式实时操作系统μC—OSⅡ，作为伺服压力机控制系统软件开发平台，同时在图形界面的开发上采用斗C／GUI作为开发工具。

　　3.1 开发平台选择

　　在诸多实时操作系统中，μC—OSⅡ是一种基于优先级的可抢先的硬实时内核，具有公开源代码、可移植性、可固化、可裁减、执行时间可确定性等特点，同时可由第三方提供μC／FS，μC／GUI，μC／IP等系统服务完成文件系统、显示、ip协议栈。因此选择μC—OSⅡ作为伺服压力机数控系统的软件开发平台。μC—OSⅡ包括了一个操作系统最基本的一些特性，如任务调度、任务通信、内存管理、中断管理等。

　　μC／GUI是Miefium公司开发的通用的嵌入式用户图形界面软件。它给任何使用图形LCD的应用程序提供独立于处理器和LCD控制器之外的有效的图形用户接口，能够应用于任何LCD控制器中，并且适用于任何8位／16位／32位CPU，允许支持ANSI C的任何编译器，通过配置宏，可支持任何接口。

　　3.2 移植μC—OSⅡ

　　ARM处理器可以工作在7种模式下，和本次移植相关的模式有：用户模式(usa)、系统模式(sYs)、中断模式(IRQ)、快中断模式(FIQ)。

　　从生产安全角度考虑，压力机上安装有光电检测装置，要求控制系统一旦检测到光线遮挡事件(例如人手伸入模具工作区)，应立即无条件停止压力机。这个事件属于最紧急事件，要求CPU在第一时间内进行处理。

　　由于μC—OSⅡ仅仅管理常规中断(IRQ)，而对快中断(FIQ)不作管理，在移植μC—OSⅡ内核的时候，对快中断进行了处理，直接使用nQ中断而不经过操作系统(图2)，可通过一般的方法自由编写中断程序。理论上快中断的响应时间最大为29个时钟周期，本方案系统时钟为72 MHz，可以计算出FIQ的响应时间为0.4μs，能够满足实际要求。

图2μC—OSⅡ 与FIQ关系图

　　处理快中断，首先要在启动代码文件Vector．8中中设置中断向量表，代码如下：

　　μC—OSⅡ的移植工作主要都集中在多任务切换的实现上，这部分代码用来保存和恢复CPU现场，只能使用汇编语言完成。要移植μC—OSⅡ，需要修改3个与ARM体系结构相关的文件，代码量大约500行。下面简单介绍这3个文件的主要内容。

　　1)OS_CPU．H文件。该文件主要内容为：数据类型定义、堆栈单位定义、堆栈增长方向定义、宏定义(包括开关中断的宏定义，以及进行任务切换的宏定义)。

　　2)OS_CPU_C．C文件。该文件主要内容为：任务堆栈初始化、系统钩子函数。文件中需要实现几个操作系统规定的hook函数，一般情况下，只需简单地将它们都实现为空函数。

　　3)OS_CPU_A．S文件。该文件主要定义开关中断、任务切换处理相关的几个函数，可按照规定要求编写。

　　3.3 移植μC／GUI

　　μC／GUI移植工作的主要内容为修改配置文件和编写驱动程序。

　　μC／GUI目录下的配置文件目录为Con_fig。其下有3个配置文件，分别为GUlCONF．h，GUlTouchConf．h和LCDConf．h。

　　GUICONF．h文件用于配置GUI移植到不同操作系统的选项，在本文中配置为移植到μC—OSⅡ中，允许多任务调用μC／GUI函数，支持触摸屏，显示防闪烁支持等即可。代码摘录如下：

　　GUITouchConf．h用于配置触摸屏的相关属性值，例如校正配置宏等。

　　LCD_Cod．h文件用于配置LCD显示屏的选项，包括颜色位数，水平、竖直方向的分辨率等。所配置的LCD为640×480像素，8位颜色深度(256色)支持。代码摘录如下：

　　μC／GUI的底层驱动包括LCD显示驱动和触摸屏驱动。对于目前大多数LCD控制器，μC／GUI提供了现成的驱动程序，不需要自己编写。μC／GUI中的触摸屏驱动须提供4个底层驱动接口函数，可根据相应的触摸屏手册编写。

　　3.4 应用程序设计

　　μC—OSⅡ最多可以管理56个用户任务。各个任务分配不同的优先级，各个具体任务的编写比较简单，只需要在对应的任务函数体中填入相应的处理代码即可。任务函数体如下：

　　伺服压力机控制系统由7个基本任务和若干中断处理任务构成：
　　运动控制任务：优先级0；
　　按键扫描任务优先级1；
　　信号检测任务优先级2；
　　输出控制任务优先级3；
　　润滑任务优先级4；
　　通讯任务优先级5；
　　界面显示任务优先级10；
　　最紧急事件处理FIQ中断；
　　普通紧急事件处理IRQ中断。