μC/OSII嵌入式操作系統(tǒng)在機電控制中的應(yīng)用

　引言
今天，嵌入式系統(tǒng)已滲透到日常生活的方方面面，帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過1萬億美元，在工業(yè)控制、消費電子等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴大，而機電控制是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的一個典型應(yīng)用，采用嵌入式的機器人、SONY 機器狗及1997年美國發(fā)射的“索納杰”火星車就是經(jīng)典的實例。就嵌入式系統(tǒng)的組成、特點，開發(fā)所采用的主流軟件平臺、硬件平臺作詳細的介紹，并通過Stewart平臺專用伺服控制器的設(shè)計，介紹了嵌入式技術(shù)在機電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及具體實現(xiàn)。

　　1 嵌入式系統(tǒng)

　　嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)具有微內(nèi)核、系統(tǒng)精簡、高實時性、專用性強等特點,因此非常適合應(yīng)用于機電控制系統(tǒng)。有別于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)由嵌入式微處理器/微控制器、存儲器、輸入輸出(I/O)和軟件組成,這里的軟件是指基于RTOS開發(fā)的且和RTOS密切結(jié)合的應(yīng)用軟件。這種操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件緊密結(jié)合為一體正是嵌入式系統(tǒng)和基于Windows應(yīng)用系統(tǒng)的主要差別所在,也是其可靠性和實時性的重要保證。

　　2 嵌入式微處理器

　　目前有許多款嵌入式微處理器，如Intel公司的StrongARM、Xscale，ATMEL的AT91系列，IBM的PowerPC，Motorola的68K，三星的S3C4x系列等，其中基于英國ARM公司的ARM內(nèi)核的嵌入式微處理器是目前的主流。ARM是典型的32位RISC芯片――不論是在PDA、STB、DVD等消費類電子產(chǎn)品中，還是在機電、GPS、航空、勘探、測量等軍方產(chǎn)品中都得到了廣泛的應(yīng)用。越來越多的芯片廠商早已看好ARM的前景，如Intel、NS、Ateml、Samsung、Philips、NEC、CirrusLogic等全球著名公司都有相應(yīng)的基于ARM處理器的產(chǎn)品。ARM處理器的主要特點是：小體積、低功耗、低成本、高性能、16/32位雙指令集、全球眾多的合作伙伴。事實上ARM已成為嵌入式解決方案的RISC標(biāo)準(zhǔn)，成為業(yè)界的龍頭。

　　文中采用ATMEL的AT91x40[2]，設(shè)計了用于Stewart平臺的伺服控制器。AT91系列微控制器是基于ARM7TDMI嵌入式微處理器的16/32位控制器，用高密度的16位指令實現(xiàn)了高效的32位RISC結(jié)構(gòu)，非常適合實時控制應(yīng)用。ATMEL公司采用高密度CMOS技術(shù)，通過片上集成ARM7TDMI和大量的FLASH、片內(nèi)RAM以及各種外圍功能模塊使其成為強有力的微控制器，為許多需要加強運算的嵌入式應(yīng)用提供了高度的靈活性和高性價比的解決方案。AT91x40的主要片上功能：

　　?帶8KB緩存的ARM7TDMI ARM ThumbCPU核；

　　?完全可編程的外部總線接口，支持64M尋址空間；

　　?8優(yōu)先級、可單獨屏蔽的向量中斷控制器，4個外部中斷源；

　　?3通道16位定時、計數(shù)器；

　　?5個PWM定時器及1個內(nèi)部定時器；

　　?可編程的看門狗定時器；

　　?兩個獨立的USART；

　　?先進的省電特性。