基于嵌入式操作系统的控制系统平台设计

　　1 引言

　　近年来,嵌入式系统在工业控制领域的应用越来越广泛。随着嵌入式控制系统的发展,嵌入式控制系统将在一定程度上取代现有的工业PC控制系统,在微型TDCS(集散控制系统)、现场总线系统、PLC控制系统、智能化仪表等领域得到广泛的应用。由于其相对于大型的TDCS系统来说具有较强的成本优势和灵活性,其应用领域正在进一步扩大。本文建立了一套完整的嵌入式控制系统软件平台,该平台建构于嵌入式硬件系统之上,包括嵌入式实时操作系统、软PLC系统、嵌入式组态软件等。

　　平台包括运行环境和开发环境两部分。使用开发环境,用户可以方便组态和二次开发,而将开发重点集中到具体的控制系统应用上,而诸如系统的软件架构设计、实时性保证、通用的控制系统软件如网络通信、控制算法等复杂而繁琐的软件工作,则交由平台完成。

　　2平台的总体框架

　　嵌入式控制系统平台是以嵌入式实时操作系统为核心,包括硬件平台、硬件驱动、图形库运行环境、实时数据库管理与通信、人机界面、软PLC、网络通信、用户应用程序等。

　　嵌入式控制系统平台总体框架如图1所示。

　　图1嵌入式控制系统软件平台总体框架

　　由图1可知,嵌入式控制系统软件平台主要包括以下部分:

　　(1) 嵌入式硬件平台 (2) 嵌入式实时操作系统 (3) 硬件驱动程序 (4) 图形库与运行环境 (5) 实时数据库管理与通信 (6) 人机界面 (7) 软PLC (8) 网络通信 (9) 用户应用程序

　　3嵌入式控制系统软件平台主要模块的实现

　　嵌入式控制系统软件平台是个非常复杂的系统,从总体框架图可以看出平台包括实时操作系统、实时数据库管理与通信、图形库与运行环境、人机界面等许多模块,本章着重介绍嵌入式实时操作系统、实时数据库管理与通信等模块的实现。

　　3.1嵌入式Linux实时操作系统

　　Linux是一种能运行于多种平台、功能强大、源代码公开、免费的操作系统,基于Linux开发一个开放的、标准的、高效廉价的实时操作系统是完全可行的。本文介绍的嵌入式控制系统软件平台就采用嵌入式Linux实时操作系统,使用双内核RTAI解决方案。RTAI的实现方案类似于RT-Linux,是双内核系统,即利用Linux内核,同时增加一个实时内核,两个内核共同工作。RTAI利用Linux提供的内核模块机制完成实时任务,提供实时服务。模块是内核的一部分,但是没有被编译到内核里去。模块被编译成一组目标文件,根据需要,这些文件能够被插入到正在运行的内核中,也可以从正在运行的内核中移去。RTAI实现的主要模块有RTAI核心模块、RTAI调度器模块、RTAI先进先出模块、RTAI共享内存模块和LXRT模块等。