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1、冶金自动化) 2 0 0 6 年增刊( s 1 ) 嵌入式操作系统I 工C O S I I 在光学玻璃生产中的应用 袁佑新，陈涛，丁一，昊搜 ( 武汉理工大学自动化学院，湖北武汉4 3 0 0 7 0 ) 捕1 扯c o s u 适台小型控制系统，具有执行教率高、占用空间小、实时性能优良、可扩展性强等特点，最小内核 可编译至2K B ，本文采用它实现对原有顺序结构程序体系的改造，增强软件的实时性和稳定性。 关键词5 , c o s u ；A R M ；光学玻璃；厚度控制 1 控制器硬件构成 本系统采用5 3 C 4 4 8 0A R M 核心处理器为 M P U ，外加模拟输入输出通道，和六位
2、L E D 显示单 元构成基本硬件体系，性价比高。S 3 C A 4 8 0 处理器 内部集成8 通道1 0 位A D C 和D A ，以及串行通信 控制嚣作为片上外设，无需外部扩展，这样较以前 的单片机系统节省了约1 3 的印刷电路板牵问， 而且运行的主频率高达6 6M H z ，较单片机提高6 倍以上。 2 控制对象和控制方案 玻璃坯料生产流程如图1 所示。当玻璃原料 在熔炉中加热至5 0 0 以上后就开始具有导电性， 因此只要在熔炉中通人三相交流电，并m 电极和 熔融态玻璃构成的三相交流电回路即可维持高 温，熔融态玻璃从铂金制成的漏嘴缓慢地流人特 制铜模具，于是形成了玻璃坯料。此时玻璃仍
3、然 具有刺眼的光亮，厚度测量就是在这个部分进行， 一般用定深的炉钩试探，肉眼观察接触处压痕的 深浅，深则厚、浅则薄，这种检测方法具有一定的 主观性。网带由调速电机通过两级减速后驱动， 带动模具中开始成形的玻璃坯料徐徐前进，通过 保温箱的四级渐冷，定型的玻璃人工切割成小段， 分硷后装箱。 传感器以一定时间间隔采样玻璃厚度由控 制器分析厚度变化的幅度和趋势，得到控制输出， 送入调速电机控制器补偿端，以实现厚度的自动 控制。 3 系统软件部分核心算法 因在系统中直接影响成形玻璃厚度的物理量 圈1 生产流程用 词速电机和减速机构；o 弼带； 特制铜模具； 一熔炉； 戚形光学玻璃；一保温箱；一厚度 测量
4、处；玻璃切割处 是网带拖动电机的线速度，期望得到恒定的厚度， 那么线速度必须跟踪玻璃液的流速，但是在现有 条件下玻璃液的流速无法测出，因此模糊控制的 给定量也就无法得出，故无法采用以流量( 即转 速) 为给定的模糊控制的方案。只能采用被动控 制的方式，用期望厚度做给定量，是可以的，如图2 所示控制策略，横轴为厚度偏差，纵轴为控制量变 化幅度。 。 ( E 1 一曲一出) ) ) o u t p u t + = m i d 一8 t 印( 一如“册) ( 蛐。2 ) E l s e 1 1 ( E 1 r a i n d c v a t i c n ) d “胡砷 ( + E l 一舯一 幽“1
5、 0 t l l l m t + ；r a i n s t e p ( 一粕“) k 加i 4 针对本系统的移植以及实时软件的编制 v c o s u 移植主要是根据程序运行硬件平台的 不同，定义变量的类型和用汇编实现中断级任务切 换函数、任务级任务切换函数。因为C 语言无法直 接操作C P U 内部寄存器，所以必须用汇编实现。 经过验证，移植成功，根据系统具体要求规划 任务，以及堆栈大小的分配，用任务实现相应的功 能项目，如上所述的键盘扫描、L E D 显示、A D 转换 和D A 输出，算法部分集成在D A 输出任务中。 ( 1 ) 键盘扫描优先级1 0 得到按键类型然后调用任务间通信函数
6、 O S M b o x P o s t ( ) ，实现如下： k e y t y p e = K e y S c a n ( ) 1 4 x 4 键盘扫描 O S M b o x P o s t ( ( O S E V E N T 。) p e v e n t ，( v o i d 。) k e y t y p e ) ；通过邮箱发送键码 ( 2 ) L E D 显示优先级9 通过函数O S M b o x P e n d () 获取键值，并进行 厚度或者参数的显示，实现如下： 瑚g = O S 枷o o r P t n d ( r c v m t ，5 0 ，8 H ) ；接收键码，5 0
7、 m s 超时 叔( T n 嗥= = 0 ) ( “L n 雄= = F L 衄) ) ；束接收到键码，并 且参数显示延时棋标无效 n i d 【r 艄一D i 叩】可( 附F ) ； 删- - 次采样得 蓟厚度 缸( 蛐g f ；0 ) | | ( w a t f l a g = = T R U E ) ) 若接收到键码， 或者参数显示棋标有效 m s i t e h ( I r 。s ) e a s e 选参：p 唧一可即2 k r 由帅一e o t I n t i 上调：p a t m e t a t _ m P B r a t y p t 十+ ； c a s e 下谰：P B m
8、r M 一r a I n p m t y p e 一； e a s e 确认：R 喊叫c ( 陆删时一f l a s h ，P 日聊一贯一 I t l l ) ；w a i t t h g = F A L S E ； c 为ed d a d t ：b r e a k ； n 瞄J I 蚪管一D i 5 p l q ( 8 9 ，P a n 椭r 一憎n p 鲫一噼 ) ( 3 ) A D 转化优先级7 T D 用于O S T i c k l S R ( ) ，节拍率设置成1 0 0 l - I z ，6 0 s 中断处理程序T 1 6 0 s e e m d s I n 恼v a l ( )
9、的人口向 量装入p l S R T I M E R l 对应地址中。中断发生时， T 1 6 0 S e c o n d s h l e r v a l ( ) 发送信号量，A D 任务通过 O S S e m P e n d ( p e v e n t A D ，0 ，& e r r ) 接收到该信号量后 进入就绪态，因其优先级最高，因此立即开始执 行，采样立即开始。 传感器采样装置工作并由雠h e D I y ( 8 0 ) 延 时8 0 0 m 去掉机械抖动后，只有2 0 0 m 的转换时 闻，因此不能错过采样时机。采用查询方式。采 样完成后，采样值保存在全局变量n o w 中，并保存
10、连续五次采样值在h i s t o r y 数组中，并蒯川o s S e n 盘哦( p e v e n ! 一D A ) 发送信号量给D A 任务，由 O S T i m e D l y ( 2 0 ) 延时2 0 0 ，释放采样。 I 西( H M ；= 造参) 1 谢m 鸭= T R U E ； 选参键按下，才 置位参数显示延时棋标 固3 采用结构化程序时的流程踞 否则，跳出参数显示循环 6 5 4 冶金自动化2 0 0 6 年增刊( s 1 ) ( 4 ) D A 输出优先级8 S e m P e n d ( p e v e n t D A ，0 ，) 函数接收到信号 量后，若h i
11、s t o r y 数组满，则根据上述核心算法开 始更新调速电机控制器的补偿值，由D A C 输出至 调速电机控制器补偿端。 S 3 C M 4 B O X 处理器碰件l 平台的韧始化 二二工二 u _ c O sl i 实时操作系统的 初始化 二二 二 l 创建系统中所有任务 启动“( i sI I 工作所需硬件 时钟节扪 肩动操作系统首先执行 优先级最岛的任务 键盘扫描lf 皿D 显示I 任务缓任务切换 任务I I 任务I 及中断级任务切换 围4 采用埘S 时的流程图 通过图3 、图4 比较，可以看出嵌入式操作系 统叶l 多任务的执行是并行的，虽然实际上一个时 刻只有一个任务在运行，但在需
12、要的时候会马上 切换至优先级较高的任务。顺序结构化的程序体 系就难于做到这一点。 5 两种软件实现在实时性等方面比较 原系统即指单片机系统中采用的K e i lC 作为 编译链接器，软件上的实现是纯粹结构化的传统 模式，对特定功能的完成，采用子函数的调用方 式，这样在程序进行到尾部时，无法及时地执行程 序段相对靠前的内容，比如P I E 就是这样的一种 执行方式，但对于用户而言，因为它的扫描( 程序 执行) 速度很快，因此觉得程序的输入和输出刷新 几乎是在通一时刻完成的，但实际上当程序指令 行增多，这种延迟就慢慢觉察出来了。当然可以 用r | | 断的方式来实现，但是用到中断的时候也会 存在关
13、闭中断等等的操作，如果中断执行的时间 过长，必然引起系统实时性的显著下降，因此，中 断中往往都只是对标志位的置位和复位的一些操 作，那么对改变标志位后，要求立即执行的程序段 而言，可能与中断返回的点处还有很长一段执行 时间，要等待一定时间，服务才会真正响应，糟糕 的是，如果在没有真正服务完这个中断之前，中断 又来了，那么程序的执行就有可能陷入困境。当 然可以用巧妙的编程来缓解这个问题，但是用成 熟的操作系统是最保险的方案。 例如原软件系统定时中断在程序执行到任何 地方都有可能发生，此时置位A D 转换标志位后， 实际上无法立即开始A D 转换，对于工作在6 6M H z 的4 4 8 0 ，6
14、 6 条指令执行时间为1 坤，如果是单片 机，这样的延时更加严重，至少在6 6 坤以E 。如 果，采用具有任务优先级的v C O S l I 软件系统，则会 立即进行任务切换，执行优先级最高的A D 任务， 即使使用单片机系统，在一些应用场合也可以实 现快速的中断响应。由于程序的任务化，和模块 化的程序一样，便于维护、修改。 6 结束语 本控制器在实际生产中不仅满足了工艺要 求，而且由于实时系统的引入，使得一台控制器对 多路牛产线的实时控制成为可能，取得了良好的 控制效果和较高的经济效益。 【参考文献 I 张寨艳，林文坡，李冬生浮法玻璃气电测厚部件的研 究与设计【J 北京邮电大学学报，2 0 0 1 ，( 5 ) ：1 0 - 1 2 2 J e a a J b b 嘴嵌入式实时操作系统t _ i C O S I I M 邵贝 贝译第2 版北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 3 3 杜春雷A R M 体系结构与编程 M 北京：清华大学出 版社，2 0 0 3 鳊揖：徐玉生 6 5 5
