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摘 要 本文通过对电梯门机控制器功能需求的分析，结合当今嵌入式系统技术的发展，提出一种新型电梯门机控制器设计方案。该方案采用的嵌入式实时操作系统为代码开源的?COS-II，MCU采用广泛应用工业控制领域的32位瑞萨单片机，软件开发环境采用瑞萨提供的集成开发平台HEW。通过软件总体设计分析，从而为该方案实现的可行性提供理论依据。
关键词 电梯；门机控制器；实时操作系统；?COS-II
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0026-02
随着MCU技术的逐步发展，CPU处理速度越来越快、存储器的容量逐渐增大、性能的稳定性也逐渐增强，但芯片成本并未大幅度增加，故而基于MCU的嵌入式处理芯片正得以越来越广泛的应用。通过研究目前相关电梯厂家门机控制器，采用16位的MCU较多，如： ATMEGA16等。同时，软件架构绝大多数采用前后台的操作系统，导致CPU资源的浪费，实时性也不够。如今32位MCU正逐渐步入嵌入式系统行业的主流市场，由于其丰富的资源平台，可以很好地支撑实时操作系统，本文中仅以其中一种实时操作系统（?COS）进行阐述。
?COS（Micro Controller Operating System）--微控制器操作系统，是由美国人Jean Labrosse 1992年完成，应用面覆盖了诸多领域，如：照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等。1998年发展为?C/OS-II。2000年，得到美国航空管理局（FAA）的认证，可以用于飞行器的设计，所以该操作系统的稳定性是毋庸置疑。另外，该操作系统还具有诸多优良的性能：可移植性、可固化、可裁剪、可确定性、多任务执行和中断管理等。
1 需求分析及总体设计
随着我国房地产业的蓬勃发展，给电梯行业带来了前所未有的机遇，与电梯相关的配件--电梯门机控制器，也得以迅速发展。目前市场上主流的门机控制器为采用双闭环（速度环和电流环）的控制器驱动同步马达，这对控制器的软硬件设计要求相当高，诸如运算的准确性、响应的快速性、任务的复杂性等。基于上述需求，下面将提出产品的总体设计。
1）运行环境。
硬件环境：基于瑞萨主控制芯片SH2系列单片机硬件开发环境。
软件环境：基于HEW集成开发环境，windows XP操作系统或以上。
2）软件概念设计。
基本框架如图1所示。
①软件功能。以功能单元为基础来划分软件结构。
②软件运行。采用?COS-II实时操作系统，将所有软件功能规划为任务模块，且满足低耦合和高内聚的要求。
③功能划分。按照功能，划分为以下几个部分：上电初始化部分、?COS-II系统移植部分、A/D转换、I2C模块、门机运行命令生成、PWM生成、I/O控制、串口通讯、正余弦函数表、默认参数表和中断矢量表、电流环中断、速度环中断、故障处理。
图1 软件功能框架图
2 软件设计方案
1）任务模块的规划。
基于2.2.3中描述的门机控制器的功能，进行细分，并根据任务执行的实际状况确定其优先级。
2）实时操作系统的规划。
前面已经介绍了?C/OS-II相关特性，结合门机控制器的软件功能模块分析，该操作系统主要实现的相关任务的安排与调度。本文不针对具体任务的处理作介绍，仅对?C/OS-II操作系统如何实现多任务的执行简单阐述。
①创建任务的系统服务：
INT8U OSTaskCreate （
void （*task）（void *pd）， //任务代码指针
void *pdata， //任务参数指针
OS_STK *ptos， //任务栈的栈顶指针
INT8U prio //任务的优先级
）；
②任务主函数：
一个任务通常是一个无限循环（返回值类型void）
void MyTask（void *pdata）
{
while （1）
{
do something；
waiting；
do something；
}
}
③任务控制块TCB：
任务控制块（OS_TCB）是描述一个任务的核心数据结构，存放了它的各种管理信息，包括任务堆栈指针，任务的状态、优先级，任务链表指针等；一旦任务建立了，任务控制块OS_TCB将被赋值。系统初始化后，指针数组指向响应的TCB，如图2所示。
图2 任务控制模块（OS_TCB）框图
④任务状态的转换：
任务的状态包括休眠、就绪、运行、中断服务状态（ISR）和阻塞，其中各状态间的转换如图3所示。
图3 任务状态转换示意图
⑤任务状态的调度
?COS-II是可抢占实时多任务内核，它总是运行就绪任务中优先级最高的那一个。
?COS-II中不支持时间片轮转法，每个任务的优先级要求不一样且是唯一的，所以任务调度的工作就是：查找准备就绪的最高优先级的任务并进行上下文切换。
?COS-II任务调度所花的时间为常数，与应用程序中建立的任务数无关。
确定哪个任务的优先级最高，应该选择哪个任务去运行，这部分的工作是由调度器（Scheduler）来完成的。
任务级的调度是由函数OSSched（）完成的；
断级的调度是由另一个函数OSIntExt（）完成的。
上述对?COS-II任务的管理做了基本介绍，当然在具体操作前述软件模块时远非这些，在操作系统移植时，需要作进一步的研究分析。
3 结论
综上所述，介绍了基于实时操作系统的门机控制器的软件实现方式，由于前后台操作系统的门机控制器是成熟的产品，本文提及的门机控制器与其比较仅为操作系统不一样，其它诸如硬件、软件功能等均一致。所以，移植?COS-II成为该门机控制软件设计的关键，当成功移植?COS-II后，门机控制器功能和性能的稳定性必然能够得到保证。
指导教师：蒋乐天。
参考文献
[1]魏洪兴.嵌入式系统设计导论.北京航空航天大学机器人研
究所.
[2]Jean J.Labrosse著.嵌入式实时操作系统μC/OS-II（第2版）[M].邵貝贝，等，译.北京航空航天大学出版社.
[3]曾鸣.uC/OS-II 实时操作系统在嵌入式平台进行移植的一般方法和技巧.清华大学.
关键词 电梯；门机控制器；实时操作系统；?COS-II
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0026-02
随着MCU技术的逐步发展，CPU处理速度越来越快、存储器的容量逐渐增大、性能的稳定性也逐渐增强，但芯片成本并未大幅度增加，故而基于MCU的嵌入式处理芯片正得以越来越广泛的应用。通过研究目前相关电梯厂家门机控制器，采用16位的MCU较多，如： ATMEGA16等。同时，软件架构绝大多数采用前后台的操作系统，导致CPU资源的浪费，实时性也不够。如今32位MCU正逐渐步入嵌入式系统行业的主流市场，由于其丰富的资源平台，可以很好地支撑实时操作系统，本文中仅以其中一种实时操作系统（?COS）进行阐述。
?COS（Micro Controller Operating System）--微控制器操作系统，是由美国人Jean Labrosse 1992年完成，应用面覆盖了诸多领域，如：照相机、医疗器械、音响设备、发动机控制、高速公路电话系统、自动提款机等。1998年发展为?C/OS-II。2000年，得到美国航空管理局（FAA）的认证，可以用于飞行器的设计，所以该操作系统的稳定性是毋庸置疑。另外，该操作系统还具有诸多优良的性能：可移植性、可固化、可裁剪、可确定性、多任务执行和中断管理等。
1 需求分析及总体设计
随着我国房地产业的蓬勃发展，给电梯行业带来了前所未有的机遇，与电梯相关的配件--电梯门机控制器，也得以迅速发展。目前市场上主流的门机控制器为采用双闭环（速度环和电流环）的控制器驱动同步马达，这对控制器的软硬件设计要求相当高，诸如运算的准确性、响应的快速性、任务的复杂性等。基于上述需求，下面将提出产品的总体设计。
1）运行环境。
硬件环境：基于瑞萨主控制芯片SH2系列单片机硬件开发环境。
软件环境：基于HEW集成开发环境，windows XP操作系统或以上。
2）软件概念设计。
基本框架如图1所示。
①软件功能。以功能单元为基础来划分软件结构。
②软件运行。采用?COS-II实时操作系统，将所有软件功能规划为任务模块，且满足低耦合和高内聚的要求。
③功能划分。按照功能，划分为以下几个部分：上电初始化部分、?COS-II系统移植部分、A/D转换、I2C模块、门机运行命令生成、PWM生成、I/O控制、串口通讯、正余弦函数表、默认参数表和中断矢量表、电流环中断、速度环中断、故障处理。
图1 软件功能框架图
2 软件设计方案
1）任务模块的规划。
基于2.2.3中描述的门机控制器的功能，进行细分，并根据任务执行的实际状况确定其优先级。
2）实时操作系统的规划。
前面已经介绍了?C/OS-II相关特性，结合门机控制器的软件功能模块分析，该操作系统主要实现的相关任务的安排与调度。本文不针对具体任务的处理作介绍，仅对?C/OS-II操作系统如何实现多任务的执行简单阐述。
①创建任务的系统服务：
INT8U OSTaskCreate （
void （*task）（void *pd）， //任务代码指针
void *pdata， //任务参数指针
OS_STK *ptos， //任务栈的栈顶指针
INT8U prio //任务的优先级
）；
②任务主函数：
一个任务通常是一个无限循环（返回值类型void）
void MyTask（void *pdata）
{
while （1）
{
do something；
waiting；
do something；
}
}
③任务控制块TCB：
任务控制块（OS_TCB）是描述一个任务的核心数据结构，存放了它的各种管理信息，包括任务堆栈指针，任务的状态、优先级，任务链表指针等；一旦任务建立了，任务控制块OS_TCB将被赋值。系统初始化后，指针数组指向响应的TCB，如图2所示。
图2 任务控制模块（OS_TCB）框图
④任务状态的转换：
任务的状态包括休眠、就绪、运行、中断服务状态（ISR）和阻塞，其中各状态间的转换如图3所示。
图3 任务状态转换示意图
⑤任务状态的调度
?COS-II是可抢占实时多任务内核，它总是运行就绪任务中优先级最高的那一个。
?COS-II中不支持时间片轮转法，每个任务的优先级要求不一样且是唯一的，所以任务调度的工作就是：查找准备就绪的最高优先级的任务并进行上下文切换。
?COS-II任务调度所花的时间为常数，与应用程序中建立的任务数无关。
确定哪个任务的优先级最高，应该选择哪个任务去运行，这部分的工作是由调度器（Scheduler）来完成的。
任务级的调度是由函数OSSched（）完成的；
断级的调度是由另一个函数OSIntExt（）完成的。
上述对?COS-II任务的管理做了基本介绍，当然在具体操作前述软件模块时远非这些，在操作系统移植时，需要作进一步的研究分析。
3 结论
综上所述，介绍了基于实时操作系统的门机控制器的软件实现方式，由于前后台操作系统的门机控制器是成熟的产品，本文提及的门机控制器与其比较仅为操作系统不一样，其它诸如硬件、软件功能等均一致。所以，移植?COS-II成为该门机控制软件设计的关键，当成功移植?COS-II后，门机控制器功能和性能的稳定性必然能够得到保证。
指导教师：蒋乐天。
参考文献
[1]魏洪兴.嵌入式系统设计导论.北京航空航天大学机器人研
究所.
[2]Jean J.Labrosse著.嵌入式实时操作系统μC/OS-II（第2版）[M].邵貝贝，等，译.北京航空航天大学出版社.
[3]曾鸣.uC/OS-II 实时操作系统在嵌入式平台进行移植的一般方法和技巧.清华大学.