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隨著信息技術的發展和數字化產品的普及，從消費電器到工業設備，從民用產品到軍用器材，嵌入式系統被應用到網絡、手持通信設備、國防軍事、消費電子和自動化控制等各個領域。嵌入式系統幾乎包括了生活中的所有電器設備，如掌上PDA、移動計算設備、電視機頂盒、手機上網、數字電視、多媒體、汽車、微波爐、數字相機、家庭自動化系統、電梯、空調、安全系統、自動售貨機、蜂窩式電話、消費電子設備、工業自動化儀表與醫療儀器等。嵌入式系統的廣泛應用前景和發展潛力使其成為21世紀的應用熱點之一。
2 嵌入式系統組成及其特點
嵌入式系統通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設備、嵌入式操作系統和嵌入式應用軟件等幾大部分組成。嵌入式系統有別于一般的計算機處理系統，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲介質，而大多使用EPROM、EEPROM或閃存（Flash Memory）作為存儲介質。軟件部分包括操作系統軟件（要求實時和多任務操作）和應用程序編程。應用程序控制著系統的運作和行為，而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。
由于嵌入式系統是應用于特定環境下執行面對專業領域的應用系統，所以不同于通用型計算機系統應用的多樣化和適用性。它與通用的計算機系統相比具有以下特點：1）嵌入式系統通常是面向特定應用的，一般都有實時要求；2）嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體工業、電子技術和通信網絡技術與各領域的具體應用結合的產物，這一特點決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創新的知識傳承系統；3）嵌入式系統和具體應用結合在一起，它的升級換代和具體產品同步進行，因此，嵌入式系統產品一旦進入市場，一般具有較長的生命周期；4）為了提高執行速度和系統可靠性，嵌入式系統中的軟件一般都固化在存儲器或處理器的內部存儲器件中，而不存儲于外部的磁盤等載體中。5）嵌入式系統本身不具備自舉開發能力。
3 電梯控制系統及主控制器的設計
傳統的電梯控制系統各樓層與控制器之間采用以PLC為控制核心的點對點的連接方式，每個呼叫器都有一套數據線與主控器相連，當電梯樓層數比較多時，系統就會有大量的數據線需要連接，使得電梯的安裝、維護比較麻煩。特別是不同樓層數的控制系統需要有相應輸入輸出點數的主控制器相匹配，通用性差。
以嵌入式微處理器為核心控制器的嵌入式系統作為計算機應用的一個嶄新領域，在工業控制中已得到廣泛應用，應用于電梯控制系統，具有很大的優越性：1）可以實現無觸點邏輯線路，提高系統可靠性，降低維護費用，提高產品質量；2）編程控制程序靈活性大，可以適應不同功能要求；3）可以實現故障顯示，使得維修方便，減少故障時間，提高運行率；4）使得電梯控制系統體積減小，成本降低，節省能源，通用性強，實現了復雜功能；5）可以減少控制裝置的占地面積。
電梯控制系統是一個相當復雜的邏輯控制系統，系統要在極短的時間內對幾百個信號進行檢測、處理，加上系統對安全性要求較高，因此電梯的控制和管理相當復雜。電梯控制系統結構如圖1:
圖1 電梯控制系統結構圖
圖中主控制器是電梯控制系統的主要部分，負責整個電梯的運行控制。轎廂是電梯系統中運載乘客的裝置，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，并且顯示電梯當前運行狀態。主控制器、轎廂控制器和呼梯控制器之間采用CAN總線進行通信，各控制器之間用一對雙絞線通過網絡拓撲結構連接。
在電梯控制系統中，主控制器不僅要完成復雜的邏輯控制，還要實現數據通訊、數據處理、安全監測及實時響應的功能。根據主控制器這一特點，本文提出了一種新型、高效的控制系統結構DSP+CPLD。由于DSP具有數據處理速度快、工作特性穩定等特性，在設計中主要用來完成數據的實時處理、運算和響應，輸入/輸出（I/O）信號的處理，電源監控及數據保存。在設計中采用CPLD可以增強DSP訪問外圍設備的能力，實現可編程I/O口的擴展、片內時序邏輯電路和組合邏輯電路設計、輸入緩沖、輸出驅動及產生其它器件的片選信號。CPLD通過片內可編程數據交換邏輯模塊發送輸入端口狀態信息到DSP，接受DSP發出的控制信息，對于系統中部分輸入、輸出邏輯關系直接在CPLD中由可編程邏輯處理模塊完成。電梯主控制器結構如圖2。
DSP對信息進行轉換、運算、處理后，將狀態信息發送到通信總線上，傳送給其它微處理器；將控制信號傳送至CPLD，由CPLD進行邏輯處理，使控制對象產生相應的動作。
4 嵌入式系統在電梯系統主控制器中的應用
隨著以嵌入式處理器為核心的智能電梯控制系統的飛速發展和普及，對電梯控制系統的主控制器在功能、實時性、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中引入嵌入式實時操作系統為軟件開發平臺。例如可以選用源碼公開、成熟的µ/OS-Ⅱ操作系統。
在電梯控制系統中使用嵌入式實時操作系統µ/OS-Ⅱ，可以將應用程序分解成多任務，簡化了應用系統軟件的設計。使得電梯控制系統的實時性得到保證，而且良好的多任務設計，有助于提高系統的穩定性與可靠性。電梯控制系統主程序流程圖如圖3:
電梯控制系統中斷模塊包括兩部分：定時器模塊和CAN總線數據接收模塊。
1）定時器模塊采用中斷3，函數是c_int2().
void c_int2()
{
if(PIVR==0x
{
unsigned int Tint=0; /*定義局部變量Tint*/
OSIntEnter(); /*通知內核開始中斷服務*/
OSTimeTick(); /*10MS一個時鐘節拍*/
…………
中斷服務子程序
…………
OSMboxPost(TimerMbox,(void*)&Tint); /*發送定時時間消息到軟件定時器 */
OSIntExit(); /*退出中斷*/
asm(“ CLRC INTM”); /*開中斷*/
}
}
2）CAN總線數據接收模塊采用中斷5，函數是c_int5().
void c_int5()
{
if(PIVR==0x0040)
{
unsigned int CANint=0; /*定義局部變量*/
OSIntEnter(); /*通知內核開始中斷服務*/
呼梯或是轎廂發送的數據的ID號判斷
…………………
中斷服務子程
…………………
OSMboxPost(CANREMbox,(void*)&CANint); /*發送CAN總線接收到的數據消息到CAN接收數據處理函數Can_Receive()*/
OSIntExit(); /*退出中斷*/
asm(“ CLRC INTM”); /*開中斷*/
}
}
隨著計算機硬件、軟件技術和集成電路技術的迅速發展，以嵌入式實時操作系統作為開發平臺的嵌入式系統已成為計算機應用領域中最具活力的一個分支，并取得了巨大的進步。嵌入式操作系統內核小、實時多任務性給實際應用帶來很多的方便。用戶可以在PC機上實現程序的編寫與調試，極為方便地實現了對不同控制器之間以及控制器網絡與通信管理網絡之間的數據交換。
參考文獻：
1. 彭克榮，電梯技術的現狀及發展趨勢，建筑機械化，2001.2, P10~15
2. 何小慶，嵌入式實時操作系統的現狀和未來，單片機與嵌入式系統應用，2001.3，P5~9
3. 王濤張，偉良. 嵌入式實時系統及其在通信系統中的應用，電子技術應用, 2002. 6，P5~8
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號