2 嵌入式系統(tǒng)組成及其特點(diǎn)

    嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件等幾大部分組成。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質(zhì)，而大多使用EPROM、EEPROM或閃存（Flash　Memory）作為存儲介質(zhì)。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件（要求實(shí)時和多任務(wù)操作）和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為，而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。

    由于嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下執(zhí)行面對專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)，所以不同于通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的多樣化和適用性。它與通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn)：1）嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的，一般都有實(shí)時要求；2）嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體工業(yè)、電子技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與各領(lǐng)域的具體應(yīng)用結(jié)合的產(chǎn)物，這一特點(diǎn)決定了它必然是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識傳承系統(tǒng)；3）嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用結(jié)合在一起，它的升級換代和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，一般具有較長的生命周期；4）為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器或處理器的內(nèi)部存儲器件中，而不存儲于外部的磁盤等載體中。5）嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力。

3 電梯控制系統(tǒng)及主控制器的設(shè)計(jì)

    傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)各樓層與控制器之間采用以PLC為控制核心的點(diǎn)對點(diǎn)的連接方式，每個呼叫器都有一套數(shù)據(jù)線與主控器相連，當(dāng)電梯樓層數(shù)比較多時，系統(tǒng)就會有大量的數(shù)據(jù)線需要連接，使得電梯的安裝、維護(hù)比較麻煩。特別是不同樓層數(shù)的控制系統(tǒng)需要有相應(yīng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的主控制器相匹配，通用性差。                    

    以嵌入式微處理器為核心控制器的嵌入式系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個嶄新領(lǐng)域，在工業(yè)控制中已得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)，具有很大的優(yōu)越性：1）可以實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)邏輯線路，提高系統(tǒng)可靠性，降低維護(hù)費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量；2）編程控制程序靈活性大，可以適應(yīng)不同功能要求；3）可以實(shí)現(xiàn)故障顯示，使得維修方便，減少故障時間，提高運(yùn)行率；4）使得電梯控制系統(tǒng)體積減小，成本降低，節(jié)省能源，通用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜功能；5）可以減少控制裝置的占地面積。
 
    電梯控制系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)，系統(tǒng)要在極短的時間內(nèi)對幾百個信號進(jìn)行檢測、處理，加上系統(tǒng)對安全性要求較高，因此電梯的控制和管理相當(dāng)復(fù)雜。電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1:

 圖1 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖                　

     圖中主控制器是電梯控制系統(tǒng)的主要部分，負(fù)責(zé)整個電梯的運(yùn)行控制。轎廂是電梯系統(tǒng)中運(yùn)載乘客的裝置，它通過轎廂中的鍵盤、顯示屏，使乘客與電梯建立了相互聯(lián)系。呼梯是每一層樓的呼叫裝置，給出每一層的呼叫請求信息，并且顯示電梯當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。主控制器、轎廂控制器和呼梯控制器之間采用CAN總線進(jìn)行通信，各控制器之間用一對雙絞線通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接。
    在電梯控制系統(tǒng)中，主控制器不僅要完成復(fù)雜的邏輯控制，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)處理、安全監(jiān)測及實(shí)時響應(yīng)的功能。根據(jù)主控制器這一特點(diǎn)，本文提出了一種新型、高效的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DSP+CPLD。由于DSP具有數(shù)據(jù)處理速度快、工作特性穩(wěn)定等特性，在設(shè)計(jì)中主要用來完成數(shù)據(jù)的實(shí)時處理、運(yùn)算和響應(yīng)，輸入/輸出（I/O）信號的處理，電源監(jiān)控及數(shù)據(jù)保存。在設(shè)計(jì)中采用CPLD可以增強(qiáng)DSP訪問外圍設(shè)備的能力，實(shí)現(xiàn)可編程I/O口的擴(kuò)展、片內(nèi)時序邏輯電路和組合邏輯電路設(shè)計(jì)、輸入緩沖、輸出驅(qū)動及產(chǎn)生其它器件的片選信號。CPLD通過片內(nèi)可編程數(shù)據(jù)交換邏輯模塊發(fā)送輸入端口狀態(tài)信息到DSP，接受DSP發(fā)出的控制信息，對于系統(tǒng)中部分輸入、輸出邏輯關(guān)系直接在CPLD中由可編程邏輯處理模塊完成。電梯主控制器結(jié)構(gòu)如圖2。


   
    DSP在系統(tǒng)中主要完成以下功能：1）通過控制器局域網(wǎng)CAN總線與其它電梯轎廂控制器、呼梯控制器等進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；2）通過DSP事件管理器模塊（EVB）的正交編碼電路連接光電編碼器以獲得電梯轎廂的位置和速率等信息；3）通過多功能通用輸入/輸出（I/O）口對開關(guān)量輸入/輸出信號進(jìn)行控制；4）通過串行通信接口（SCI），采用RS-485或RS-232總線方式與上位機(jī)通信以及電梯狀態(tài)顯示；5）通過10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（ADC）采集電梯運(yùn)行狀態(tài)的模擬量信息，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信息，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存在存儲器中。

    DSP對信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、處理后，將狀態(tài)信息發(fā)送到通信總線上，傳送給其它微處理器；將控制信號傳送至CPLD，由CPLD進(jìn)行邏輯處理，使控制對象產(chǎn)生相應(yīng)的動作。

4 嵌入式系統(tǒng)在電梯系統(tǒng)主控制器中的應(yīng)用

    隨著以嵌入式處理器為核心的智能電梯控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展和普及，對電梯控制系統(tǒng)的主控制器在功能、實(shí)時性、可靠性和軟件編程的靈活性提出了更多、更高的要求。考慮到這些情況，有必要在電梯控制系統(tǒng)中引入嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)為軟件開發(fā)平臺。例如可以選用源碼公開、成熟的µ/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)。

    在電梯控制系統(tǒng)中使用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)µ/OS-Ⅱ，可以將應(yīng)用程序分解成多任務(wù)，簡化了應(yīng)用系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。使得電梯控制系統(tǒng)的實(shí)時性得到保證，而且良好的多任務(wù)設(shè)計(jì)，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。電梯控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖3: