特定应用的嵌入式实时操作系统在工业控制领域的研究与开发

摘要

本文针对“特定应用的嵌入式实时操作系统(ASOS)在工业控制领域的研究与开发”进行了深入的分析研究。 随着计算机、控制、通讯、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线(FieldBus)技术得到了迅速的发展，使得计算枫控制系统逐步从集散控制系统(DCS)走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统(FCS)；而嵌入式应用也正成为当前工控领域的热点。它的小巧灵活、方便现场安装等特点使它正逐渐应用于各种控制。本课题基于上述二者考虑，综合了现场总线控制系统和嵌入式系统的优势，设计了一种应用于工业生产线自动控制的特定应用的嵌入式系统(ASOS)。 本课题选用基于ARM微处理器的UP-44BOX嵌入式开发板作为硬件开发平台，其功耗低、性能出色同时又具有丰富的片上资源，非常适合于嵌入式产品的开发。操作系统选用性能优良源码公开且被广泛使用的免费嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ，其健壮性、可靠性和安全性已经得到了广泛的证明，可以安全地应用于工业控制。在构建的硬件平台基础上完成了内核引导程序(bootloader)的实现，完成了μC/OS-Ⅱ操作系统在ARM7上的移植，对μC/OS-Ⅱ操作系统本身进行了扩充，实现了一个相对完整、实用的嵌入式实时多任务操作系统(RTOS)。在此基础上进行了现场智能控制器的应用程序的开发：从硬件选型、硬件平台的搭建，到底层软件和高层应用软件的编写，到系统调试，完成了嵌入式系统的整个开发工作。 研究表明：选用SAMSUNG微处理器的UP-44BOX嵌入式开发板和μC/OS-Ⅱ操作系统开发的现场智能控制器具有很好的灵活性、操作性和可靠性；通过CAN总线，几个现场智能控制器和主机之间组成的分布式现场总线控制系统(FCS)充分发挥了其可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面的优势；在论文中进一步提出了以后的后续工作，即将该系统与互联网相连，实现嵌入式系统的远程分散控制，实现嵌入式Internet。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1选题背景

§1-2选题的科学依据、意义

1-2-1嵌入式系统简介

1-2-2嵌入式系统的发展

1-2-3 ASOS

1-2-4 μC/OS-Ⅱ实时操作系统

1-2-5 ARM微处理器的特点

§1-3国内外动态

§1-4课题的研究内容及预期目标

1-4-1研究内容

1-4-2预期目标

第二章嵌入式硬件设计

§2-1计算机体系结构介绍

2-1-1桌面计算机和嵌入式计算机

2-1-2系统体系结构

2-1-3 CISC处理器和RISC处理器

2-1-4存储器

§2-2搭建硬件平台

2-2-1基本知识

2-2-2调试工具

§2-3接口和网络

2-3-1串口

2-3-2网络

§2-4嵌入式硬件选型

2-4-1 CPU选型

2-4-2 Samsung S3C44BOX微处理器

2-4-3 UP-44B0开发板简介

§2-5搭建嵌入式系统体系结构

§2-6本章小结

第三章嵌入式软件设计

§3-1嵌入式软件开发的特点

§3-2工具软件介绍

3-2-1 ARM SDT 2.5.1

3-2-2 Source Insight简介

§3-3 Bootloader的实现

3-3-1 Bootloader的基本概念

3-3-2 Bootloader的基本任务

3-3-3 Bootloader的操作模式

3-3-4 Bootloader的程序结构

§3-4移植μC/OS-Ⅱ到基于ARM的嵌入式系统

3 4-1移植的基本概念

3-4-2移植前提

3-4-3移植步骤

§3-5 μC/OS-Ⅱ实时多任务系统

3-5-1硬实时操作系统

3-5-2多任务的实现

3-5-3 μC/OS-Ⅱ的初始化与启动

§3-6基于μC/OS-Ⅱ扩展RTOS的体系结构

3-6-1体系结构介绍

3-6-2在μC/OS-Ⅱ系统上运行的应用程序结构

§3-7本章小结

第四章实际应用的嵌入式开发

§4-1智能控制器程序开发

4-1-1功能简介

4-1-2实际应用程序的具体开发过程

4-1-3源码分析

§4-2本章小结

第五章结论

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的学术论文及参加科研情况