華清遠(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)項目_嵌入式系統(tǒng)在機電控制中的應(yīng)用

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華清遠(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)項目_嵌入式系統(tǒng)在機電控制中的應(yīng)用,   

本文介紹了嵌入式系統(tǒng)及其特點，討論了嵌入式微處理器、軟硬件開發(fā)平臺及嵌入式實時操作系統(tǒng)的選擇。以stewart平臺伺服控制器為例介紹了嵌入式系統(tǒng)在機電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及實現(xiàn)方法，通過對典型信號的跟蹤結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計是成功的。 引言 美國著名未來學(xué)家尼葛洛龐帝1999年1月訪華時預(yù)言，4～5年后嵌入式智能（電腦）工具將是pc和因特網(wǎng)之后最偉大的發(fā)明。事實正如尼葛洛龐帝先生所預(yù)料的那樣，嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用已成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的熱點，國際上大牌公司如intel、microsoft（微軟）等紛紛投入巨資，分別推出了具有技術(shù)優(yōu)勢的基于xsale框架結(jié)構(gòu)的嵌入式硬件平臺和windows ce 4.0軟件平臺，為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展注入了強大的活力。今天，嵌入式系統(tǒng)已滲透到日常生活的方方面面，帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過1萬億美元，在工業(yè)控制、消費電子等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴大，而機電控制是嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的一個典型應(yīng)用，采用嵌入式的機器人、sony 機器狗及1997年美國發(fā)射的“索納杰”火星車就是經(jīng)典的實例。就嵌入式系統(tǒng)的組成、特點，開發(fā)所采用的主流軟件平臺、硬件平臺作詳細(xì)的介紹，并通過stewart平臺專用伺服控制器的設(shè)計，介紹了嵌入式技術(shù)在機電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及具體實現(xiàn)。? 1 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。由于嵌入式系統(tǒng)具有微內(nèi)核、系統(tǒng)精簡、高實時性、專用性強等特點,因此非常適合應(yīng)用于機電控制系統(tǒng)。有別于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)由嵌入式微處理器/微控制器、存儲器、輸入輸出（i/o）和軟件組成,這里的軟件是指基于rtos開發(fā)的且和rtos密切結(jié)合的應(yīng)用軟件。這種操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件緊密結(jié)合為一體正是嵌入式系統(tǒng)和基于windows應(yīng)用系統(tǒng)的主要差別所在,也是其可靠性和實時性的重要保證。? 2 嵌入式微處理器 目前有許多款嵌入式微處理器，如intel公司的strongarm、xscale，atmel的at91系列，ibm的powerpc，嵌入式的崗位, 共濟嵌入式主機, 嵌入式軟件基本組成, 嵌入式磁吸軌道, 減速器非嵌入式端蓋, 嵌入式軟件實時性, 嵌入式lan通信, 日照嵌入式培訓(xùn)機構(gòu), 嵌入式消費電子, 醫(yī)院嵌入式結(jié)算, 嵌入式音箱排線, 嵌入式單元測試, 感覺嵌入式很難, 電視機嵌入式洞口, 嵌入式互聯(lián)網(wǎng)開發(fā), 復(fù)旦大學(xué)嵌入式芬蘭, 百度貼吧嵌入式, 5匹冷曖嵌入式, 嵌入式大學(xué)公開課, dsp嵌入式系統(tǒng), 嵌入式軟件上下文, 嵌入式社區(qū)的特點, 墻面嵌入式收納, motorola的68k，三星的s3c4x系列等，其中基于英國arm公司的arm內(nèi)核的嵌入式微處理器是目前的主流。arm是典型的32位risc芯片——不論是在pda、stb、dvd等消費類電子產(chǎn)品中，還是在機電、gps、航空、勘探、測量等軍方產(chǎn)品中都得到了廣泛的應(yīng)用。越來越多的芯片廠商早已看好arm的前景，如intel、ns、ateml、samsung、philips、nec、cirruslogic等全球著名公司都有相應(yīng)的基于arm處理器的產(chǎn)品。arm處理器的主要特點是：小體積、低功耗、低成本、高性能、16/32位雙指令集、全球眾多的合作伙伴。事實上arm已成為嵌入式解決方案的risc標(biāo)準(zhǔn)，成為業(yè)界的龍頭。 文中采用atmel的at91x40[2]，設(shè)計了用于stewart平臺的伺服控制器。at91系列微控制器是基于arm7tdmi嵌入式微處理器的16/32位控制器，用高密度的16位指令實現(xiàn)了高效的32位risc結(jié)構(gòu)，非常適合實時控制應(yīng)用。atmel公司采用高密度cmos技術(shù)，通過片上集成arm7tdmi和大量的flash、片內(nèi)ram以及各種外圍功能模塊使其成為強有力的微控制器，為許多需要加強運算的嵌入式應(yīng)用提供了高度的靈活性和高性價比的解決方案。at91x40的主要片上功能：
·帶8kb緩存的arm7tdmi arm thumbcpu核；
·完全可編程的外部總線接口，支持64m尋址空間；
·8優(yōu)先級、可單獨屏蔽的向量中斷控制器，4個外部中斷源；
·3通道16位定時、計數(shù)器；
·5個pwm定時器及1個內(nèi)部定時器；
·可編程的看門狗定時器；
·兩個獨立的usart；
·先進的省電特性。? 3 嵌入式rtos的選擇 目前嵌入式實時操作系統(tǒng)rtos分為兩類：商用型和免費型。其中商用型典型的rtos有：windows ce 4.0（適合于消費類電子產(chǎn)品）；vxwork（適合于網(wǎng)絡(luò)、交換設(shè)備等）；palm os（適合于pad產(chǎn)品）。免費型rtos有l(wèi)inux（包括ulinux和rt-linux）和μc/osii。綜合考慮，這里選擇μc/osii作為本系統(tǒng)的rtos。 μc/osii（即μc/os的最新版）主要特點如下：
（1）公開源碼：是為數(shù)不多的公開源碼的rtos,給二次開發(fā)和移植提供了可能；
（2）可移植性強：μc/osii絕大多數(shù)源碼用ansi c編寫，少量用匯編語言編寫，具有較強的移植性；
（3）可固化：微小內(nèi)核，可以和應(yīng)用程序一起固化到flashrom中；
（4）可裁剪：通過條件編譯即可實現(xiàn)裁剪，十分方便；
（5）占先式：是實時性的重要保證；
（6）多任務(wù)：多達64個任務(wù)管理，可以滿足大多數(shù)控制任務(wù)；
（7）可確定性：全部的函數(shù)調(diào)用與服務(wù)執(zhí)行的時間是可知的；
（8）系統(tǒng)服務(wù)：提供眾多的系統(tǒng)服務(wù)，如：消息隊列、信號量、內(nèi)存管理等。
（9）中斷管理：多達255層的中斷管理。
（10）穩(wěn)定性和可靠性：自1992年以來已經(jīng)有好幾百個商業(yè)應(yīng)用。其中nationaloptronics公司成功將μc/os用于三軸運動控制卡中，該三軸運動控