基于LM3S615与μc/os-ii操作系统的嵌入式智能窗的设计与实现

随着电子技术的发展和人民生活水平的不断提高，智能窗已经越来越多地被用到了现代智能化建筑中，他提供住户一个安全、方便的环境。据统计，在未来的几年内，安装智能窗的用户将不断增加。本文讨论了一种基于实时操作系统μC／OS-II的智能窗设计方法。

1 系统硬件设计

本系统功能如下：手动按钮开关窗户；红外遥控窗户的开关；雨天能够自动把窗户关闭；检测到可燃气体自动把窗户打开；遇有盗情，会发出刺耳的报警声，把窗户关闭，并发送一条短消息给住户。CPU的选择是嵌入式系统开发的关键所在。本系统的CPU采用了ATMEL公司生产的AT89S51单片机。主要基于以下几点考虑；相比其他CPU价格便宜；经过扩展后可以移植操作系统μC／OS-II；51单片机在国内研究的较早，技术成熟。系统还包括电源、存储、按键、煤气、湿度、盗情、电机等基本模块。系统架构如图1所示。

2 系统软件设计

2.1 μc／os—II的移植

μC／OS-II是一个可移植（portable）、可固化的（rom-able）和占先式的（preemptive）实时内核，最多可以管理64个任务。μC／OS-II的源代码公开，绝大部分代码使用标准的ANSIC书写，所以可以方便地移植到很多不同种类的处理器或控制器上。μC／OS-II中的任务包括休眠态、就绪态、运行态、挂起态和被中断态5种状态。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：OS ENTER_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。

2.2 μC／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。

(1)任务建立和资源分配

在起始任务中建立了一系列信号量来协调各个任务的执行，各信号量的作用如表2所示。

(2)主要任务描述　　首先建立一个主函数（main函数），在主函数中调用OSInit（）函数初始化μC／OS-II，然后建立第一个任务（起始任务），最后调用OSStart（）函数启动多任务。当然，在建立主函数之前必须定义各个任务的堆栈，系统的全局变量和相关宏。主函数的程序清单如下：

       起始任务（StartTask） 是系统建立的第一个任务，他主要有3个功能：完成对定时器、外中断0和串行口的初始化；建立系统所要用到的信号量；建立系统的其他任务。

起始任务部分程序清单如下：

电机开窗任务（openwintask） 在电机开窗任务中首先等待信号量sem_open.该信号量是由煤气处理任务、红外遥控处理任务和手动开窗任务发送的。如果其他任务发送了该信号量，程序就设置电机转动方向，并控制p3.4送出电机转动脉冲，直到窗户被打开。

电机关窗任务（closewintask） 该任务必须在信号量sem open有效时才会被激活。信号量sere_open有下雨处理任务、红外遥控处理任务和手动关窗任务发送。

短信任务则要得到盗情处理任务发出的信号量sam_dq时被激活。系统采用门磁传感器作为人室盗窃报警信号发生器。当窗户被打开时，门磁的开关状态发生变化，信号被发送到微处理器。微处理器检测到信号输入、控制GPRS模块发送中文报警信息给户主手机，户主可根据短信及时报警，避免造成更大的损失。

3 小 结

完成了基于32位ARM微处理器LM3S615和嵌入式实时操作系统μc／os—II的嵌入式智能窗的设计开发，并为嵌入式系统开发提供了一种解决方案。μc／os—II作为一个优秀的RTOS已经被成功移植到多种体系结构的微处理器上。将其移植到ARM平台上能够更深刻地理解RTOS的构造，加快应用和开发。把μC／OS—II引入到智能窗控制系统的软件设计中，使软件的开发更具层次性，开发效率更高，系统的稳定性、可靠性、实时性更强，也更容易扩展。