- 相關(guān)推薦
基于μC／OS-II的光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計
摘要：介紹以Hitachi公司的H8S/2357F作為控制處理器，μC／OS-II作為嵌入式實時操作系統(tǒng)的光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。該設(shè)計可以實現(xiàn)CD-ROM、CD-R/RW和DVD的伺服功能，適用于光盤伺服控制系統(tǒng)，具有便于維護、易于擴展等優(yōu)點，對于支持多格式光盤的驅(qū)動器和播放器的實現(xiàn)，具有重要的參考價值。關(guān)鍵詞：μC／OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)伺服控制光盤
光盤伺服控制系統(tǒng)是典型的光機電一體化的控制系統(tǒng)，是光盤驅(qū)動器和ＣＤ／ＶＣＤ／ＤＶＤ播放器的重要組成部分。目前業(yè)界普遍采用單片機與伺服控制數(shù)字信號處理器配合實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，已可單片化（將單片機和伺服控制數(shù)字信號處理器集成在一塊芯片上）實現(xiàn)光盤伺服控制系統(tǒng)。不論是芯片組的形式，還是單片化的形式，都少不了以板級控制軟件（也稱為固件）實現(xiàn)控制系統(tǒng)。目前普遍采用的方案是利用運行于單片機的小型嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)光盤伺服系統(tǒng)。
為采用自行研發(fā)的光盤伺服信號處理器實現(xiàn)支持多格式光盤的伺服控制系統(tǒng)，筆者對光盤伺服控制系統(tǒng)做了比較深入的研究。本文介紹了一種以Ｈｉｔａｃｈｉ的Ｈ８Ｓ／２３５７Ｆ作為控制處理器，μＣ／ＯＳ－ＩＩ作為嵌入式實時操作系統(tǒng)的光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。
�。惫獗P伺服控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
光盤伺服控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計如圖１所示。該設(shè)計采用自行研發(fā)的伺服數(shù)字信號處理器、Ｈｉｔａｃｈｉ公司的Ｈ８Ｓ／２３５７Ｆ高性能１６位微控制器、ＡＫＭ公司的ＡＫ８５６６、ＴＩ公司的ＳＳＩ３７３６等芯片實現(xiàn)ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ和ＣＤ－Ｒ／ＲＷ的伺服功能。并在該系統(tǒng)中完成對自行研發(fā)的光盤伺服數(shù)字信號處理器設(shè)計的驗證，為光盤伺服系統(tǒng)的產(chǎn)品化做好準備。
�。补獗P伺服控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)分析和軟件設(shè)計是光盤伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)的難點之一，設(shè)計的優(yōu)劣關(guān)系到系統(tǒng)的讀碟能力、使用壽命、穩(wěn)定性、擴展性、維護性等性能。因為要兼顧ＤＶＤ、ＣＤ和ＣＤ－Ｒ／ＲＷ等光盤格式和各種不同的機械參數(shù)的設(shè)置，伺服控制軟件的設(shè)計變得相對復(fù)雜。為了使控制邏輯明了和易于實現(xiàn)，采用在Ｈ８Ｓ／２３５７Ｆ上運行μＣ／ＯＳ－ＩＩ實現(xiàn)光盤伺服控制系統(tǒng)是一個比較好的選擇。Ｈ８Ｓ／２３５７Ｆ的資源比較豐富，μＣ／ＯＳ－ＩＩ在Ｈ８上可以很好地運行，易于系統(tǒng)的開發(fā)。
光盤伺服系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是分析光盤伺服系統(tǒng)，把各個功能在μＣ／ＯＳ－ＩＩ核的基礎(chǔ)上建立起來，使其有機協(xié)調(diào)地運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)光盤伺服控制系統(tǒng)。
圖3執(zhí)行態(tài)的子系統(tǒng)之間的通信和切換關(guān)系
�。玻宝蹋茫希樱桑汕度胧綄崟r多任務(wù)操作系統(tǒng)
μＣ／ＯＳ－ＩＩ是由ＪＥＡＮＪ．ＬＡＢＲＯＳＳＥ編寫的一個源代碼公開、可免費使用的嵌入式實時操作系統(tǒng)。它是μＣ／ＯＳ的一個升級版本。從最老的μＣＯＳ到最新的μＣ／ＯＳ－ＩＩ，已有十多年的歷史。它的特點主要有：公開源代碼、可移植性、可固化、可裁減、支持多任務(wù)、具有可確定性等。μＣ／ＯＳ－ＩＩ面向中小型嵌入式系統(tǒng)，是基于優(yōu)先級搶占式的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，包含了實時內(nèi)核、任務(wù)管理、時間管理、任務(wù)間通信同步（信號量、郵箱、消息隊列）和內(nèi)存管理等功能，絕大部分代碼用Ｃ語言編寫，與硬件相關(guān)部分用匯編語言編寫。
基于μＣ／ＯＳ－ＩＩ的應(yīng)用系統(tǒng)工作時，首先把ＣＰＵ初始化；接著進行操作系統(tǒng)初始化，主要完成任務(wù)控制塊（ＴＣＢ）初始化、ＴＣＢ優(yōu)先級表初始化、空任務(wù)的創(chuàng)建等；然后開始創(chuàng)建新任務(wù)，并可在新創(chuàng)建的任務(wù)中再創(chuàng)建其他的新任務(wù)；最后調(diào)用ＯＳＳＴＡＲＴ（）函數(shù)啟動多任務(wù)調(diào)度。
２．２光盤伺服系統(tǒng)的分析
對光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)已有一些參考資料。根據(jù)μＣ／ＯＳ－ＩＩ的特點和光盤伺服系統(tǒng)工作的具體情況，筆者將實現(xiàn)的光盤伺服系統(tǒng)分為三個運行狀態(tài)：Ｐｏｗｅｒ－ＯｎＳｔａｔｅ（上電態(tài)）、ＩｄｌｅＳｔａｔｅ（空閑態(tài)）、ＥｘｅｃｕｔｉｏｎＳｔａｔｅ（執(zhí)行態(tài)）。圖２表示了設(shè)定的三個狀態(tài)之間的關(guān)系和進入各個狀態(tài)的條件。三個狀態(tài)中，執(zhí)行態(tài)最為復(fù)雜。為了把復(fù)雜的問題簡單化，把執(zhí)行態(tài)劃分為三個子系統(tǒng)：ＨｏｓｔＩｎｔｅｒｆａｃｅ(ＨＩＳ)、ＢｕｆｆｅｒＭａｎａｇｅｒ(ＢＭ)、ＤｉｓｋＩｎｔｅｒｆａｃｅ(ＤＩＳ)。圖３表示了這三個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系和進入跳出各個子系統(tǒng)的條件。圖４表示了子系統(tǒng)之間的狀態(tài)變化及其條件，比較明晰地表示了執(zhí)行態(tài)的實現(xiàn)過程。
圖4執(zhí)行態(tài)子系統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)運行關(guān)系
�。玻乘欧到y(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
經(jīng)過如上分析，光盤伺服系統(tǒng)初始化后，創(chuàng)建了五個任務(wù)：ＨｏｓｔＴａｓｋ（主機任務(wù)）、ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔＴａｓｋ（串口任務(wù)）、ＤｉｓｋＲｅａｄＴａｓｋ（讀盤任務(wù)）、ＤｉｓｋＷｒｉｔｅＴａｓｋ（寫盤任務(wù)）、ＳｅｒｖｏＴａｓｋ（伺服任務(wù)）。任務(wù)間通過Ｓｅｍａｐｈｏｒｅ（信號量）和Ｍａｉｌｂｏｘ（郵箱）進行通信，實現(xiàn)交互控制和任務(wù)的切換。圖５表明了這五個任務(wù)之間的關(guān)系。
圖5光盤伺服系統(tǒng)的任務(wù)結(jié)構(gòu)框圖
下面給出主程序的框架：
�。觯铮椋洌恚幔椋�(ｖｏｉｄ)
{
／／初始化處理器和硬件
……
�。a(chǎn)生任務(wù)
�。希樱裕幔螅耄茫颍澹幔簦�(ＳｅｒｖｏＴａｓｋ,(ｖｏｉｄ*)０,(ｖｏｉｄ*)＆ＳｅｒｖｏＴａｓｋＳｔｋ[５１１],４);
�。希樱裕幔螅耄茫颍澹幔簦�(ＤｉｓｃＷｒＴａｓｋ,(ｖｏｉｄ*)0,(ｖｏｉｄ*)＆ＤｉｓｃＷＴａｓｋＳｔｋ[５１１],６);
�。希樱裕幔螅耄茫颍澹幔簦�(ＤｉｓｃＲｄＴａｓｋ,(ｖｏｉｄ*)０,(ｖｏｉｄ*)＆ＤｉｓｃＲｄＴａｓｋＳｔｋ[５１１],８);
�。希樱裕幔螅耄茫颍澹幔簦�(ＨｏｓｔＴａｓｋ,(ｖｏｉｄ*)０,(ｖｏｉｄ*)＆ＨｏｓｔＴａｓｋＳｔｋ３[５１１],１０);
�。希樱裕幔螅耄茫颍澹幔簦�(ＳｅｒｉａｌＣｍｄＴａｓｋ,(ｖｏｉｄ*)０,(ｖｏｉｄ*)＆ＳｅｒｉａｌＣｍｄＴａｓｋＳｔｋ[５１１],３);
ＯＳＴａｓｋＣｒｅａｔｅ(ＳｅｒｖｏＴｉｍｅｒＴａｓｋ,(ｖｏｉｄ*)０,(ｖｏｉｄ*)＆ＳｅｒｖｏＴｉｍｅｒＴａｓｋＳｔｋ[５１１],１);
�。a(chǎn)生信號量和任務(wù)參數(shù)
……
�。蝿�(wù)開始運行
�。希樱樱簦幔颍�();
}
本設(shè)計在Ｈｉｔａｃｈｉ公司提供的開發(fā)系統(tǒng)ＨＥＷ２上編譯實現(xiàn)，并在驗證系統(tǒng)實測。結(jié)果顯示：該設(shè)計可以實現(xiàn)ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ和ＣＤ－Ｒ／ＲＷ的功能，適用于光盤伺服控制系統(tǒng)，具有便于維護、易于擴展等優(yōu)點。對于支持多格式光盤的驅(qū)動器和播放器的實現(xiàn)，具有重要的參考價值。
【基于μC／OS-II的光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計】相關(guān)文章：
基于交流永磁同步電機的全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)08-06
基于μC/OS-Ⅱ的變頻器變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計08-06
基于RTOS的太陽能熱水控制系統(tǒng)設(shè)計08-06
基于CEBus總線的鐵路燈塔控制系統(tǒng)的設(shè)計08-06
基于DSP的視頻檢測和遠程控制系統(tǒng)設(shè)計08-06
基于雙處理器的點焊控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計08-06