1 引言
近年來,嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用越來越廣泛。隨著嵌入式控制系統(tǒng)的發(fā)展,嵌入式控制系統(tǒng)將在一定程度上取代現(xiàn)有的工業(yè)PC控制系統(tǒng),在微型TDCS(集散控制系統(tǒng))、現(xiàn)場總線系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、智能化儀表等領(lǐng)域得到廣泛的應用。由于其相對于大型的TDCS系統(tǒng)來說具有較強的成本優(yōu)勢和靈活性,其應用領(lǐng)域正在進一步擴大。本文建立了一套完整的嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺,該平臺建構(gòu)于嵌入式硬件系統(tǒng)之上,包括嵌入式實時操作系統(tǒng)、軟PLC系統(tǒng)、嵌入式組態(tài)軟件等。
平臺包括運行環(huán)境和開發(fā)環(huán)境兩部分。使用開發(fā)環(huán)境,用戶可以方便組態(tài)和二次開發(fā),而將開發(fā)重點集中到具體的控制系統(tǒng)應用上,而諸如系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設計、實時性保證、通用的控制系統(tǒng)軟件如網(wǎng)絡通信、控制算法等復雜而繁瑣的軟件工作,則交由平臺完成。
2.3平臺的總體框架
嵌入式控制系統(tǒng)平臺是以嵌入式實時操作系統(tǒng)為核心,包括硬件平臺、硬件驅(qū)動、圖形庫運行環(huán)境、實時數(shù)據(jù)庫管理與通信、人機界面、軟PLC、網(wǎng)絡通信、用戶應用程序等。
嵌入式控制系統(tǒng)平臺總體框架如圖1所示。
圖1嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺總體框架
由圖1可知,嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺主要包括以下部分:
(1) 嵌入式硬件平臺 (2) 嵌入式實時操作系統(tǒng) (3) 硬件驅(qū)動程序 (4) 圖形庫與運行環(huán)境 (5) 實時數(shù)據(jù)庫管理與通信 (6) 人機界面 (7) 軟PLC (8) 網(wǎng)絡通信 (9) 用戶應用程序
3嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺主要模塊的實現(xiàn)
嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺是個非常復雜的系統(tǒng),從總體框架圖可以看出平臺包括實時操作系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫管理與通信、圖形庫與運行環(huán)境、人機界面等許多模塊,本章著重介紹嵌入式實時操作系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫管理與通信等模塊的實現(xiàn)。
3.1嵌入式Linux實時操作系統(tǒng)
Linux是一種能運行于多種平臺、功能強大、源代碼公開、免費的操作系統(tǒng),基于Linux開發(fā)一個開放的、標準的、高效廉價的實時操作系統(tǒng)是完全可行的。本文介紹的嵌入式控制系統(tǒng)軟件平臺就采用嵌入式Linux實時操作系統(tǒng),使用雙內(nèi)核RTAI解決方案。RTAI的實現(xiàn)方案類似于RT-Linux,是雙內(nèi)核系統(tǒng),即利用Linux內(nèi)核,同時增加一個實時內(nèi)核,兩個內(nèi)核共同工作。RTAI利用Linux提供的內(nèi)核模塊機制完成實時任務,提供實時服務。模塊是內(nèi)核的一部分,但是沒有被編譯到內(nèi)核里去。模塊被編譯成一組目標文件,根據(jù)需要,這些文件能夠被插入到正在運行的內(nèi)核中,也可以從正在運行的內(nèi)核中移去。RTAI實現(xiàn)的主要模塊有RTAI核心模塊、RTAI調(diào)度器模塊、RTAI先進先出模塊、RTAI共享內(nèi)存模塊和LXRT模塊等。
3.1.3基于RTAI的Linux實時操作系統(tǒng)的實現(xiàn)
我們實現(xiàn)基于RTAI的Linux實時操作系統(tǒng)的過程是:在標準Linux的基礎(chǔ)上,打上RTAI的實時補丁包,根據(jù)特定硬件條件和運行環(huán)境的要求進行適當?shù)呐渲?再對內(nèi)核進行裁剪后編譯成一個支持實時性的內(nèi)核。
3.1.4基于RTAI-Linux的應用程序開發(fā)
在編寫基于RTAI-Linux的應用程序時,根據(jù)實時系統(tǒng)的具體要求,將應用程序分為實時任務和非實時任務。實時任務是實時模塊,作為Linux核心可加載模塊運行在核心態(tài)。一般地,定義init_module()函數(shù),它在執(zhí)行insmod命令裝載模塊時被調(diào)用,在該函數(shù)中一般是作一些初試化工作,并且啟動實時任務。同樣的,還需要定義cleanup_module()函數(shù),它在執(zhí)行rmmod卸載模塊時被調(diào)用,在該函數(shù)中一般是做一些資源釋放工作。實時任務的設計應該盡可能簡單,僅包含那些有強實時要求的處理模塊,如實時數(shù)據(jù)采集、外部設備控制等。
