引言

　　現(xiàn)今社會，毒品走私比較猖獗，對人民的生命財產(chǎn)、社會穩(wěn)定構(gòu)成了一定的威脅，同時大氣監(jiān)測以及對有毒氣體的監(jiān)控也是刻不容緩的。所開發(fā)的離子遷移譜儀，是一種利用ｉｍｓ（離子遷移譜技術(shù)）的專用探測儀，它在確定的溫度、氣壓、電場條件下，通過精確測定離子在電場作用下穿過固定距離的遷移時間，來認(rèn)定被測可疑物質(zhì)中是否具有某些化學(xué)成分的分子，并對某些特殊的化學(xué)物質(zhì)能夠發(fā)出報警信息，從而可用來檢測毒品及有毒氣體。

　　該系統(tǒng)的工作原理如下：通過細(xì)節(jié)匹配，對離化后物質(zhì)的等離子圖的波峰位置（即物質(zhì)的遷移時間）的提取來鑒定物質(zhì)的具體成分。系統(tǒng)的原理框圖如圖１所示。

　　圖１　系統(tǒng)原理框圖

　　離子遷移譜儀需要讀取實(shí)時數(shù)據(jù)，并作分析、處理，要求每２５ｍｓ處理１０００個離子信號數(shù)據(jù)，具有一定的實(shí)時性。同時，它還需對離子管內(nèi)的溫度、氣壓、電壓等參數(shù)進(jìn)行讀取、控制。設(shè)備分析時，要求能迅速地判斷出物質(zhì)的成分（不超過２０秒），而此過程中，涉及到大量的實(shí)時數(shù)據(jù)處理�？梢婋x子遷移譜儀嵌入式系統(tǒng)對容量和速度要求較高，不僅要實(shí)時數(shù)據(jù)處理，還要對多個參數(shù)進(jìn)行控制。為了保證系統(tǒng)的可靠性，提高開發(fā)效率，在離子遷移譜儀中必須引入嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)。

　　嵌入式ｒｔｏｓ選擇

　　可用于嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的操作系統(tǒng)很多，但關(guān)鍵是要選擇一個適合的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)。在離子遷移譜儀實(shí)時系統(tǒng)的設(shè)計中，我們對嵌入式ｒｔｏｓ的要求如下：

　�。ǎ保⿲�(shí)時性

　　使用時，必須保證進(jìn)程調(diào)用和處理的快速性，因?yàn)闄z測的樣品信息需及時分析處理。

　�。ǎ玻┓�(wěn)定性

　　作為系統(tǒng)設(shè)計的軟件平臺，需要具有相當(dāng)?shù)姆�(wěn)定性。從而保證離子遷移譜儀檢測系統(tǒng)即使在多變的外部環(huán)境下如氣壓、溫度等，也能夠正確執(zhí)行預(yù)定的動作。

　　（３）內(nèi)核規(guī)模較小

　　由于整個系統(tǒng)的硬件資源有限（我們配備了２ｍ的ｆｌａｓｈ），因此源代碼必須足夠的小，以便寫入存儲器，提高運(yùn)行效率。

　　綜合考慮各個因素，我們選擇了嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)ｎｕｃｌｅｕｓ　ｐｌｕｓ。ｎｕｃｌｅｕｓｐｌｕｓ是美國著名ｒｔｏｓ廠商ａｔｉ（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃ）公司，為實(shí)時嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的一個搶先式多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。其９５％的代碼是用ａｎｓｉｃ寫成的，非常便于移植并支持大多數(shù)類型的處理器。ｎｕｃｌｅｕｓ�。穑欤酰笫且唤Mｃ函數(shù)庫，應(yīng)用程序代碼與核心函數(shù)連接在一起，生成一個目標(biāo)代碼，下載到目標(biāo)板的ｒａｍ中或直接燒錄到目標(biāo)板的ｒｏｍ中執(zhí)行。在典型的目標(biāo)環(huán)境中，ｎｕｃｌｅｕｓ�。穑欤酰蠛诵拇a區(qū)一般不超過２０ｋ字節(jié)大小，內(nèi)核規(guī)模非常小。

　　ｎｕｃｌｅｕｓ　ｐｌｕｓ的特點(diǎn)

　�。睿酰悖欤澹酰蟆。穑欤酰髢�(nèi)核的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　ｎｕｃｌｅｕｓ�。穑欤酰蟮南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖２所示。ｎｕｃｌｅｕｓ�。穑欤酰髢�(nèi)核的主要目的是管理實(shí)時任務(wù)的競爭運(yùn)行，為應(yīng)用提供各種便利，快速響應(yīng)外部事件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時性。ｎｕｃｌｅｕｓ　ｐｌｕｓ為系統(tǒng)開發(fā)提供以下支持：多任務(wù)管理，任務(wù)之間可以按照優(yōu)先級和時間片方式來共享ｃｐｕ資源，通過郵箱、隊列和管道進(jìn)行通信，任務(wù)之間的同步和互斥通過信號量、事件組和信號進(jìn)行；ｎｕｃｌｅｕｓｐ　ｌｕｓ提供動態(tài)和分區(qū)內(nèi)存兩種存儲器管理機(jī)制，還提供定時器來處理周期性事件及任務(wù)的睡眠和掛起超時。ｎｕｃｌｅｕｓ�。穑欤酰髮⑦@些機(jī)制稱之為軟件組件，它為每一個軟件組件提供了一系列的系統(tǒng)調(diào)用，任務(wù)與ｎｕｃｌｅｕｓ�。穑欤酰蟮慕换ナ窃谙到y(tǒng)調(diào)用的界面上進(jìn)行的。

　　從圖２可以看出，利用ｎｕｃｌｅｕｓ�。穑欤酰箝_發(fā)平臺，用戶只需編寫任務(wù)代碼和中斷服務(wù)程序代碼，在任務(wù)代碼和中斷服務(wù)程序代碼中利用系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)和ｎｕｃｌｅｕｓ�。穑欤酰蟮慕换ィ桑睿酰悖欤澹酰蟆。穑欤酰髞碚{(diào)度多個任務(wù)并行執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)ｃｐｕ的共享。由于ｎｕｃｌｅｕｓｐｌｕｓ根據(jù)優(yōu)先級和時間片方式來共享ｃｐｕ資源，所以只要任務(wù)和中斷服務(wù)程序的優(yōu)先級設(shè)置得當(dāng)，系統(tǒng)的實(shí)時性就能保證。

　　圖２�。睿酰悖欤澹酰蟆。穑欤酰笙到y(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　多任務(wù)管理

　�。睿酰悖欤澹酰蟆。穑欤酰髮�(shí)時操作系統(tǒng)中的任務(wù)（ｔａｓｋ）相當(dāng)于分時操作系統(tǒng)中的進(jìn)程。在ｎｕｃｌｅｕｓｐｌｕｓ操作系統(tǒng)中，任務(wù)可劃分為５種基本狀態(tài)：運(yùn)行狀態(tài)、就緒狀態(tài)、掛起狀態(tài)、終止?fàn)顟B(tài)和完成狀態(tài)，具體見表１所述。

　　表１　任務(wù)的五種狀態(tài)

　　各個任務(wù)之