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1 引言

　　近年來,嵌入式系統在工業控制領域的應用越來越廣泛。隨著嵌入式控制系統的發展,嵌入式控制系統將在一定程度上取代現有的工業PC控制系統,在微型TDCS(集散控制系統)、現場總線系統、PLC控制系統、智能化儀表等領域得到廣泛的應用。由于其相對于大型的TDCS系統來說具有較強的成本優勢和靈活性,其應用領域正在進一步擴大。本文建立了一套完整的嵌入式控制系統軟件平臺,該平臺建構于嵌入式硬件系統之上,包括嵌入式實時操作系統、軟PLC系統、嵌入式組態軟件等。

　　平臺包括運行環境和開發環境兩部分。使用開發環境,用戶可以方便組態和二次開發,而將開發重點集中到具體的控制系統應用上,而諸如系統的軟件架構設計、實時性保證、通用的控制系統軟件如網絡通信、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

　　嵌入式控制系統平臺是以嵌入式實時操作系統為核心,包括硬件平臺、硬件驅動、圖形庫運行環境、實時數據庫管理與通信、人機界面、軟PLC、網絡通信、用戶應用程序等。

　　嵌入式控制系統平臺總體框架如圖1所示。

圖1嵌入式控制系統軟件平臺總體框架

　　由圖1可知,嵌入式控制系統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  (3) 硬件驅動程序 (4) 圖形庫與運行環境  (5) 實時數據庫管理與通信  (6) 人機界面 (7) 軟PLC  (8) 網絡通信  (9) 用戶應用程序

　　3嵌入式控制系統軟件平臺主要模塊的實現

　　嵌入式控制系統軟件平臺是個非常復雜的系統,從總體框架圖可以看出平臺包括實時操作系統、實時數據庫管理與通信、圖形庫與運行環境、人機界面等許多模塊,本章著重介紹嵌入式實時操作系統、實時數據庫管理與通信等模塊的實現。

　　3.1嵌入式Linux實時操作系統

　　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,基于Linux開發一個開放的、標準的、高效廉價的實時操作系統是完全可行的。本文介紹的嵌入式控制系統軟件平臺就采用嵌入式Linux實時操作系統,使用雙內核RTAI解決方案。RTAI的實現方案類似于RT-Linux,是雙內核系統,即利用Linux內核,同時增加一個實時內核,兩個內核共同工作。RTAI利用Linux提供的內核模塊機制完成實時任務,提供實時服務。模塊是內核的一部分,但是沒有被編譯到內核里去。模塊被編譯成一組目標文件,根據需要,這些文件能夠被插入到正在運行的內核中,也可以從正在運行的內核中移去。RTAI實現的主要模塊有RTAI核心模塊、RTAI調度器模塊、RTAI先進先出模塊、RTAI共享內存模塊和LXRT模塊等。

　　3.1.3基于RTAI的Linux實時操作系統的實現

　　我們實現基于RTAI的Linux實時操作系統的過程是:在標準Linux的基礎上,打上RTAI的實時補丁包,根據特定硬件條件和運行環境的要求進行適當的配置,再對內核進行裁剪后編譯成一個支持實時性的內核。

　　3.1.4基于RTAI-Linux的應用程序開發

　　在編寫基于RTAI-Linux的應用程序時,根據實時系統的具體要求,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。一般地,定義init_module()函數,它在執行insmod命令裝載模塊時被調用,在該函數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,它在執行rmmod卸載模塊時被調用,在該函數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,如實時數據采集、外部設備控制等。