摘要：傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中廣泛采用單任務(wù)順序機(jī)制，它常帶來的重要問題是系統(tǒng)安全性差，這將導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁復(fù)位以致無法達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。為此本系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)中引入嵌入式操作系統(tǒng)μc/os-II并設(shè)計(jì)監(jiān)視任務(wù)實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行，使該問題得到了較好的解決。

    關(guān)鍵詞：嵌入式操作系統(tǒng) 監(jiān)視任務(wù) 消息隊(duì)列 安全性能

在傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，多采用單任務(wù)順序機(jī)制。此機(jī)制的優(yōu)勢在于流程直觀，但它常帶來一個(gè)重要的問題--系統(tǒng)安全性差，即程序運(yùn)行中任一環(huán)節(jié)出錯(cuò)都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)混亂，只能依靠看門狗復(fù)位重新運(yùn)行。在焊縫跟蹤系統(tǒng)中，弧光干擾嚴(yán)重，若存在單任務(wù)順序機(jī)制，雖存在多種硬件高層干擾措施，系統(tǒng)有時(shí)仍需頻繁復(fù)位以致無法達(dá)到系統(tǒng)。為此在焊縫軌跡智能跟蹤系統(tǒng)中，作者將實(shí)時(shí)嵌放式操作系統(tǒng)μc/os-II用于單片機(jī)80c196的軟件設(shè)計(jì)中，并設(shè)計(jì)監(jiān)視任務(wù)，較好地解決了該問題。μc/os-II是一種免費(fèi)的操作系統(tǒng)且源代碼公開，其可靠性已在許多應(yīng)用中得到了證明。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為：在TIG焊條件下，焊接速度為24cm/min時(shí)，焊頭與焊縫偏差小于1mm。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為：采用電弧傳感器采集焊頭相對(duì)焊縫不同位置時(shí)的焊接電流信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理得焊頭相對(duì)于焊縫的偏差置，此偏差量經(jīng)控制運(yùn)算后得相應(yīng)的控制信號(hào)。將此控制信號(hào)輸出到電機(jī)，從而改變焊頭與焊縫的偏差。

系統(tǒng)的功能塊有信號(hào)采集、信號(hào)處理、控制運(yùn)算、輸出等。另外由于本系統(tǒng)的弧光干擾嚴(yán)重，為防止程序運(yùn)行中因一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)而導(dǎo)致系統(tǒng)混亂以致無法控制焊頭與焊縫的偏差，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了監(jiān)視模塊用來及時(shí)糾錯(cuò)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由外而內(nèi)可分三層，分別為硬件電路層、任務(wù)層及操作系統(tǒng)層。

2 硬件電路層設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件電路層包括一塊信號(hào)采集板和一塊驅(qū)動(dòng)板。前者的用途在于從電弧傳感器獲取電流信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。此電流信號(hào)能有效表征焊頭與焊縫的位置關(guān)系，此電壓信號(hào)將被任務(wù)層的信號(hào)采集任務(wù)獲取。后者的用途在于制任務(wù)層中輸出任務(wù)產(chǎn)生的命令（此命令作用于單片機(jī)輸出口）傳輸?shù)诫姍C(jī)，從而改變焊頭和焊縫的偏差。

3 任務(wù)層設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)任務(wù)層組成及其優(yōu)先權(quán)設(shè)置

系統(tǒng)任務(wù)層并行存在的幾個(gè)任務(wù)依其優(yōu)先權(quán)從高到低依次為：監(jiān)視任務(wù)、輸出任務(wù)、控制運(yùn)算任務(wù)、信號(hào)處理任務(wù)、信號(hào)采集任務(wù)。優(yōu)先權(quán)的設(shè)置由各任務(wù)的執(zhí)行順序以及對(duì)系統(tǒng)安全性影響的大小決定。本系統(tǒng)采用靜態(tài)優(yōu)先權(quán)，即運(yùn)行過程中任務(wù)優(yōu)先權(quán)不變。

3.2 任務(wù)的狀態(tài)

本系統(tǒng)中各任務(wù)的狀態(tài)有4種：等待態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)以及中斷態(tài)。狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖2所示。

當(dāng)一個(gè)任務(wù)點(diǎn)用CPU時(shí)該任務(wù)處于運(yùn)行態(tài)，其優(yōu)先權(quán)必較所有就緒態(tài)任務(wù)優(yōu)先權(quán)高。若系統(tǒng)運(yùn)行導(dǎo)致就緒態(tài)某一任務(wù)的優(yōu)行權(quán)高于運(yùn)行態(tài)任務(wù)優(yōu)先僅，則調(diào)用調(diào)度函數(shù)，運(yùn)行態(tài)任務(wù)將喪失對(duì)CPU的占用權(quán)而轉(zhuǎn)為就緒態(tài)，優(yōu)先權(quán)最高的就緒態(tài)任務(wù)轉(zhuǎn)為運(yùn)行態(tài)。某一時(shí)刻只能有一個(gè)任務(wù)處于運(yùn)行態(tài)。任務(wù)在就緒態(tài)和運(yùn)行態(tài)間的轉(zhuǎn)化被稱為任務(wù)切換。

當(dāng)運(yùn)行態(tài)的任務(wù)期待某一消息時(shí)（即別的任務(wù)和該任務(wù)的數(shù)據(jù)傳遞，本設(shè)計(jì)中任務(wù)間的數(shù)據(jù)傳遞被稱為消息），該任務(wù)將喪失對(duì)CPU的占用權(quán)而轉(zhuǎn)為等待態(tài)，等待時(shí)間可由系統(tǒng)設(shè)定。若等待時(shí)間內(nèi)該任務(wù)收到消