王兵
【摘 要】This paper gaves a design and implementation of a remote control system based on ARM processor and μC/OS-Ⅱ system. The transplant method of μC/OS-Ⅱ is introduced, then the design of software system is presented.%提出了一个基于ARM架构处理器和μC／OS-Ⅱ操作系统的远程数据采集监控系统的系统组成与结构，介绍了其μC／OS-Ⅱ操作系统的移值方法，并对数据采集／控制器的软件系统进行了分析与设计。
【期刊名称】《微型机与应用》
【年(卷),期】2012(031)011
【总页数】3页(P84-85,88)
【关键词】嵌入式系统;远程监控;系统结构
【作 者】王兵
【作者单位】海军计算技术研究所,北京100841
【正文语种】中 文防爆蓄电池
智慧珠拼盘【中图分类】TP302
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嵌入式系统是计算机系统应用的重要发展方向之一。随着计算机技术的飞速发展，嵌入式系统的设计开发与应用已步入一个全面发展的阶段。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、功耗低、可靠性高以及面向行业应用的特点，目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、网络通信、工业控制等领域。特别在数据采集与自动化控制领域，嵌入式系统更是显现了其得天独厚的优势与魅力。集通信
进行嵌入式系统应用开发，开发平台的选择非常重要。目前，基于ARM架构的硬件平台较为流行，产品资源非常丰富。而μC/OS-II是近年来发展迅速的开放源码实时操作系统，具有良好的可移植性，因此，基于ARM架构的处理器和μC/OS-II操作系统是进行嵌入式应用系统开发的理想平台。
1 系统组成结构
1.1 系统功能与组成
利用上述平台本文设计实现了一个远程数据采集控制系统，测量远程设备的环境温度变化情况和电池电量，并能启动温度控制器工作，在电池电量不足时，向数据采集控制中心发送报警信息。系统实现的主要功能有：
（1）定时检测、采集远程设备环境温度及供电电池电压，并将数据发送到监控中心；
（2）在环境温度超出预定范围时，启动温控器工作，以保持设备环境温度；
（3）在电池电量不足时，向监控中心发送报警信息；
（4）可本地设置、修改系统工作参数，也可由监控中心通过短信远程控制、设定系统工作参数；
（5）监控中心将数据信息保存于数据库中，并能对采集的数据进行统计分析，按预设参数决定是否需对远程设备进行人工维护；
（6）数据采集/控制器工作异常时，能向监控中心发送报警信息，请求进行人工维护；
（7）能将采集的温度数据信息本地存储，系统通信失败时，可通过USB设备进行转储。
系统组成关系如图1所示。其中数据库采用SQL Server 2000，用于存储采集到的数据信息和远程设备工作、维护情况信息；数据采集控制中心采用工控机服务器、Windows Server2003，运行数据采集控制软件系统，通过串口与GSM模块相连，采用短信通信方式完成对远程设备的信息采集与管理控制；GSM模块采用Siemens的TC35，通过短信实现远程信息的交互，可使系统建设与维护投资小，工作可靠；数据采集/控制器用以实现数据采集以及相应设备的控制。
1.2 数据采集/控制器硬件结构
系统中的数据采集/控制器是系统运行的关键设备，要求高性能、高可靠、低功耗、低成本，而LPC2100系列控制器是PHILIP公司推出的低功耗ARM架构的微控制器，可以很好地满足上述需求。其中的LPC2158控制器能支持实时仿真和跟踪，32位144引脚，40 KB静态 RAM，带有 512 KB高速片内 Flash存储器，片内 128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大的时钟频率下运行，内置32位定时器、实时时钟和看门狗，最大60 MHz的CPU操作频率，支持低功耗模式。基于此款微控制器设计了数据采集/控制档案管理方法
器的硬件结构，其硬件结构如图2所示。
图2 数据采集／控制器硬件结构如图
监控器核心板集成了2 MB SRAM和4 MB Flash存储器和4×4键盘，还集成了所需的外设接口模块，包括液晶显示接口、USB接口模块、A/D转换模块、2个RS232接口以及 DC/DC转换等模块。外接设备有GSM模块、128×64液晶屏，U盘、电池电源、温度传感控制器等，其中液晶屏和U盘为选配设备，为降低系统成本与功耗，只在需要时配接相应设备。
2 数据采集/控制器软件系统设计
在目前嵌入式实时操作系统中，μC/OS-II源码公开、结构简单、移植性好，采用C语言和汇编语言实现，其中绝大部分使用C语言，结构非常简单；能很容易被移植到各种微处理器上，移植过程中，用户只需做少量工作；支持实时多任务，可裁剪、可固化，是一款优秀的嵌入式操作系统，以其为平台，用户可以快速地开发出自己的应用系统。 2.1 μC/OS-II的移植
以μC/OS-II为软件平台开发应用系统，首先，要进行ARM硬件平台下的操作系统移植，对μC/OS-II与处理器有关的代码进行修改，主要工作有：
（1）在系统文件OS_CPU.H中要定义10个不依赖于编译的数据类型，以免与处理器类型产生关联，从而影响移植；定义OS_STK_GROWTH常量为1，指明堆栈的生长方向为自上而下；定义两个宏OS_ENTER_CRITICAL（）、OS_EXIT_CRITICAL（），以禁止和允许中断，系统代码访问临界区前要先禁止中断，访问完毕后重新允许中断；定义宏OS_TASK_SW（），在任务级代码中调用，使系统从低优先级任务切换到高优先级任务。
（2） 在OS_CPU_C.C文件中编写6个C函数OSTaskStkInit（）、OSTaskCreateHook （）、OSTaskDelHook （）、OSTaskSwHook （）、OSTaskStatHook （）、OSTimeTickHook （）。OSTaskStkInit（）用来初始化任务的堆栈结构，OSTaskCreateHook（）允许用户及使用特定移植实例的用户扩展 μC/OS-II的功能，OSTaskDelHook（）用于任务删除时的系统调用，OSTaskSwHook（）是发生任务切换时的调用函数。这些函数中只有OSTaskStkInit（）是必需和函数，其余函数必须声明，但不一定需要包含代码。
（3）在OS_CPU_A.ASM文件中编写4个汇编函数：OSStartHighRdy（）使就绪状态的最高优先级任务开始运行，OSCtxSw（）用于任务级的任务切换，OSIntCtxSw（）用于中断级的任务切换，OSTickISR为内核处理时钟节拍的中断处理函数。应注意运行OSStart（）后，在系统启动的第一个任务中初始化节拍中断。
（4）主函数程序结构：在主程序中应包含头文件config.h，其中对最大任务数、信号量和邮箱等内核参数进行定制和配置，分配各任务的堆栈空间，主函数main（）要先后调用 OSInit（），变量初始化，创建各任务，调用OSStart（），进入实时多任务运行状态。主程序结构如下：视频处理
2.2 系统任务划分与功能设计
数据采集/控制器的软件系统共划分为6个主要任务，按优先级顺序分别为控制任务、键盘任务、温度监测任务、串口通信任务、电量监测任务、显示任务。
（1）控制任务：启动系统各任务后，根据收到的键盘或短信命令，修改系统工作参数，控制系统工作状态，温度超过设定值时，控制温度控制器工作。
（2）键盘任务：通过键盘可以输入控制命令、设置系统工作参数。键盘任务循环读取键盘，将按键信息发送到控制任务，任务处理过程中应考虑到按键的抖动等特殊情况的处理。
（3）温度监测任务：监测环境温度，按设置参数定时读取经过A/D转换的温度值，进行本地存储，并向串口通信任务发送环境温度信息，由串口通信任务通过GSM模块向数据采集控制中心发送温度数据短信，供采集控制中心储存、统计和分析。该任务还要进行喂狗操作，将看门狗复位，然后进入循环等待下一次定时数据采集。
（4）串口通信任务：将采集的温度、电量等信息缓存至规定（可设置）的条数时，通过串口发送给GSM模块；对收到的报警信息则不进行缓存，直接通过串口发送给GSM模块。每次发送数据完成后，读取GSM模块的未接收短信，若为命令短信，则发送给控制任务进行相应控制。
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