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μC/OS-II是一个源代码开放的实时操作系统,可移植、可固化(嵌入到产品中成为产品的一部分)、可裁减,属于占先式实时内核。执行时间可确定(即函数调用与服务的时间是可知的,不依赖于应用程序的多少),支持现有大多数型号的8位、16位、32位MCU/MPU,已被广泛应用于交换机、路由器、过程控制、汽车业、办公自动化、计算机外设以及民用消费类产品等,具有稳定的可靠性。把μC/OS-II应用在总线式数据采集系统中,可使该系统比以往的前后台系统能够更加稳定地工作,而且在一定程度上满足了监控测量实时性的需求。

1 总线式数据采集系统的组成与功能

随着社会信息化程度的提高,人们对重要工业及生活设施智能化监控的要求也越来越高。应这种需求,设计了这套总线式数据采集系统。该系统采用总线巡检方式,对监测对象进行数据采集与处理,系统硬件以模块化结构,实现32/64/128路模拟或数字量的集中监测,适用于各种标准现场一次仪表或二次仪表数据测量与控制。整机采用先进的微机处理技术和通信控制技术,并嵌入实时处理内核,智能化程度较高,工作性能更加稳定,测量精度高,通用性强。

1.1 系统组成

该系统的硬件组成如图1所示。

现场监测通道状态以总线方式,通过总线处理单元传送到中央控制单元进行数据采集与处理,其中MCU采用具有10位A/D转换器的80C196KB。

1.2 系统功能

该系统可以对各通道的工作参数、状态进行即时修改设定,并可以通过面板LED实时显示32/64/128路通道的工作状态,同时各通道的实时参数通过LCD进行逐屏显示。对发生报警的信道可以通过打印处理单元进行打印输出、声光报警及显示。该系统采用总线巡检方式,对各信道工作状态进行远程数据采集并进行集中数据处理。为进一步满足智能化管理的需要,具有和计算机通信的功能,可以实现监测数据的共享。同时,也可以通过计算机对各信道的工作状态进行设置,进一步增强了该系统的智能化管理能力。

2 μC/OS-II在系统中的应用

该系统若采用以往的前后台式工作方式,即后台为主应用程序,前台为中断处理程序;通常情况下执行主程序,若有中断发生时,则转向前台处理中断服务程序。前台需要处理定时显示系统信息子程序,或按键中断处理子程序,然后根据中断程序中所置的状态标志,由主程序判断其状态标志后再进入相应的子程序,也就是主程序采用状态查询方式进行工作。这样在一定程度上不能保证整个系统测量的实时性。因为主程序在执行其它程序时,不可能随时去检测这些状态标志,尤其是处理多信道A/D采样计算时,耗时较多。当工作的信道增加或减少时,这种现象则表现得尤为明显,而且难以实现并行操作的相互通信。在主程序的各个子模块中,有需要横向通信联系交换信息的,这在一般的前后台系统中是很困难的,且存在系统不稳定的隐患。实时内核兼具实时多任务性和稳定性,因此考虑采用实时内核。μC/OS-II是一个源码开放的实时内核,且又有许多成功的先例可供参考,可针对不同的MCU/MPU,通过条件编译裁减其内核的大小,以满足系统要求。μC/OS-II是占先式内核,总是运行就绪条件下优先级最高的任务。最大可以管理64个任务,其中保留8个给系统,故应用程序最多可以有56个任务。鉴于许多成功先例和系统成本,采用了80C196KB作为系统的MCU。通过实验,基本满足了系统所要求的实时性。

2.1 开发实时内核的流程

开发实时内核的流程如图2所示。