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1 引言 隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高．同時(shí)引發(fā)入室搶劫、盜竊等暴力事件頻頻發(fā)生．不法分子的作案手段也是越來(lái)越向高科技化、高智能化發(fā)展。同時(shí)，智能家居內部的安防系統通常價(jià)格不低．因此必須有一種價(jià)格適中且工作穩定的智能安防系統來(lái)最大限度的減小損失。本文主要針對前述現象設計基于ARM技術(shù)的智能安防系統，該系統主要采用ARM系列芯片中的LPC2210嵌入式微處理器．選用可同時(shí)處理多任務(wù)的ucos-Ⅱ操作系統。 2 系統的總體設計方案 系統的總體設計體系圖如圖1所示．本系統主要由物業(yè)管理中心機、公用電話(huà)網(wǎng)、以太網(wǎng)、RS485網(wǎng)、室內嵌入式安防控制器、報警檢測和可視對講設備組成。其中485網(wǎng)構成室內網(wǎng)絡(luò )，以太網(wǎng)和公用電話(huà)網(wǎng)構成外部通信網(wǎng)。整個(gè)系統分防盜、防災報警和可視對講三大部分。其中防盜部分主要防盜報警、緊急呼救系統等；防災部分主要包括防火災發(fā)生、防煤氣(可燃氣體)泄露。系統一旦有任何異常情況發(fā)生，則通過(guò)485網(wǎng)將預先設計好的指令發(fā)送到嵌入式安防控制器上，控制器對接收到的指令進(jìn)行解析同時(shí)自身發(fā)出警戒信號然后可以通過(guò)公用電話(huà)網(wǎng)遠程報警給用戶(hù)，也可以通過(guò)以太網(wǎng)遠程報警給物管中心報警．同時(shí)物業(yè)管理中心的主機將會(huì )記錄下這些信息；可視對講部分包括門(mén)口機、電控門(mén)、監視、監聽(tīng)設備等，主要完成對來(lái)訪(fǎng)客人的身份確認和電控門(mén)的控制，以及與小區對講主機、小區大門(mén)對講主機進(jìn)行對講等功能。 
圖1 系統總體設計體系圖 3 系統的硬件設計 LPC2210是基于支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16／32位ARM7TDMI-STM CPU．并帶有16kB嵌入式RAM，1個(gè)128位寬度的外部存儲器接口和1個(gè)獨特的加速器架構，使得32位代碼可在最大時(shí)鐘頻率下運行。同時(shí)，對代碼規模有嚴格控制的應用．可選用16位Thumb TM模式和32位的ARM模式，ThumbTM下可減少代碼30％，而性能的損失卻很小。系統的結構圖如圖2所示。
圖2 系統結構框圖 3．1 系統時(shí)鐘與復位電路 系統時(shí)鐘使用11Mhz基準品振，連接LPC2100的X1和X2管腳。由于A(yíng)RM芯片的高速、低功耗、低電壓導致其噪聲容限低。對電源的紋波、瞬態(tài)響應性能等方面要求更高，本系統采用帶I2C存儲器的電源監控芯片GAT1025JI-30以提高系統的可靠性。 3．2 JTAG接口電路與存儲器接口電路 采用ARM公司提供的標準20腳JTAG防真調試接口。本系統擴展了2MB的NOR FLASH(SST39VF160)、8MBPSRAM(MT45W4MW 16)、16MB的NAND FLASH(K9F2808UOC)與一片帶I2C的E2PROM存儲器(CAT1025)。 3．3 LED與A／D接口 分別采用P2.28-P2.33作為前端探測器的信號指示，其中亮表示有警情，否則，燈滅。LPC2210具有4路lO位的A／D轉換器．其參考電壓為3．3V。 3．4 以太網(wǎng)接口電路 本系統設計以RTL8019AS芯片為核心的以太網(wǎng)接口電路．以16位總線(xiàn)的方式對RTL8019AS進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)． 3．5 電話(huà)接口電路 選用接收發(fā)送集成芯片MT8880．MT8880是MITEL公司推出的DTMF發(fā)送接收器，分為振鈴檢測與模擬摘機電路、雙音多頻接收與發(fā)送電路． 3．6 485接口電路 通過(guò)LPC2210的UART口實(shí)現，具體電路如圖3。在系統中選用SP3485來(lái)擴展RS485電路．SP3485是+3.3v低功耗半雙工收發(fā)器件，完全滿(mǎn)足RS 485標準的要求。這一芯片與SP485管腳完全兼容，并同時(shí)滿(mǎn)足工業(yè)標準。SP3485的RE與DE腳與LPC2214的P0．10連接。當P0．10管腳為高電平時(shí)允許DI腳上的數據發(fā)送，DI腳與LPC2214的UARTI輸出腳P0．8TXD連接。當P0．10管腳為低電平時(shí)．允許RD腳讀取485線(xiàn)上的數據。RD腳與LPC2214的UARTI輸入腳P0．9RXD連接。圖中兩個(gè)電阻R3、R4為偏置電阻．用于保證無(wú)連接的SP485芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡(luò )失效保護，以提高RS485節點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò )的可靠性。DWl、DW2是用來(lái)保護RS485總線(xiàn)的，避免RS485總線(xiàn)在受外界干擾時(shí)(雷擊、浪涌)產(chǎn)生的高壓，損壞RS485收發(fā)器。
圖3 485接口電路 4 系統軟件設計 本系統的軟件設計主要包括ARM的應用程序設計和ucos-Ⅱ操作系統的移值。ARM的應用程序按照系統所要實(shí)現的功能。整個(gè)系統被劃分為幾個(gè)并行存在的任務(wù)，主要包括報警檢測、電話(huà)報警、LED顯示、485應用程序等，應用程序采用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)。由于占先式操作系統塒任務(wù)的調度是按優(yōu)先權的高低進(jìn)行的，將系統的所有任務(wù)按其優(yōu)先級從高到低順序排列依次是：報警檢測、LED顯示、通信、數據分析等，由于多個(gè)任務(wù)可能會(huì )出現對共享資源的同時(shí)操作。從而造成數據的破壞或丟失，為了防止數據的破壞或丟失，出現使用信息出現互斥操作現
圖4 系統主流程圖 ucos-Ⅱ操作系統主要是協(xié)調LPC2210對程序的任務(wù)管理和調度．ucos-Ⅱ是源碼公開(kāi)的著(zhù)名實(shí)時(shí)內核。是一個(gè)完整的、可移植的、可固化、可裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內核，主要使用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，使用ADS編譯和調試程序。操作系統的移植既是使實(shí)時(shí)內核在其他的微處理器或微控制器卜運行。因為ucos-Ⅱ大部分代碼是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，所以其移植性較好，但是部分代碼是用匯編編寫(xiě)的。ucos-Ⅱ的結構及與硬件的關(guān)系圖見(jiàn)圖5。 ucos-Ⅱ的移植需要滿(mǎn)足下面五個(gè)條件： * 處理器的C編譯器能產(chǎn)生可重入型代碼。 * 用c語(yǔ)言就可以打開(kāi)和關(guān)閉中斷。 * 處理器支持中斷。并且能產(chǎn)生定時(shí)中斷(通常在10至100Hz之M)。 * 處理器支持能夠容納一定量數據(可能是幾千字節)的硬件堆棧。 * 處理器有將堆棧指針和其它CPU寄存器讀出和存儲到堆�；騼却嬷械闹噶�。 ucos-Ⅱ的移植工作。主要與三個(gè)文件相關(guān)：處理器相關(guān)c文件(OS_CPU.H，os_CPU C.C)和匯編文件(OS_CPU_A．s)文件，其中在OS_CPU．H中需要針對處理器的字長(cháng)重新定義一系列數據類(lèi)型、設置常量來(lái)標志堆棧增長(cháng)方向及聲明用于開(kāi)關(guān)中斷和任務(wù)切換的宏。在OS_CPU C．C中需要對任務(wù)堆棧初始化，主要涉及到任務(wù)初始化時(shí)的一個(gè)堆棧設計，也就是在堆棧增長(cháng)方向上如何定義每個(gè)需要保存的寄存器位置。OS_CPU_A．S主要涉及4個(gè)匯編語(yǔ)言．其中函數OSStartHighRdy()在OSStart()多任務(wù)啟動(dòng)之后．負責從最高優(yōu)先級任務(wù)的TCB控制塊中獲得該任務(wù)的堆棧指針sp，通過(guò)sp依次將CPU現場(chǎng)恢復，這時(shí)系統就將控制權交給用戶(hù)創(chuàng )建的該任務(wù)進(jìn)程，直到該任務(wù)被阻塞或者被其他更高優(yōu)先級的任務(wù)搶占；OSCtxsw()實(shí)現任務(wù)級的任務(wù)切換，它是當任務(wù)因為被阻塞而主動(dòng)請求CPU調度時(shí)被執行．由于此時(shí)的任務(wù)切換都是在非異常模式下進(jìn)行的，因此區別于中斷級別的任務(wù)切換，它的工作是先將當前任務(wù)的cpu現場(chǎng)保存到該任務(wù)堆棧中然后獲得最高優(yōu)先級任務(wù)的堆棧指針，從該堆棧中恢復此任務(wù)的CPU現場(chǎng)．使之繼續執行。這樣就完成了一次任務(wù)切換；OSIntCtxSw()實(shí)現中斷級的任務(wù)切換．它是在時(shí)鐘中斷ISR(中斷服務(wù)例程)中發(fā)現有高優(yōu)先級任務(wù)等待的時(shí)鐘信號到來(lái)，則需要在中斷退出后并不返回被中斷任務(wù)．而是直接調度就緒的高優(yōu)先級任務(wù)執行。這樣做的目的主要是能夠盡快地讓高優(yōu)先級的任務(wù)得到響應，保證系統的實(shí)時(shí)性能；OSTicklSR()是時(shí)鐘中斷處理函數，它的主要任務(wù)是負責處理時(shí)鐘中斷，調用系統實(shí)現的OSTimeTick函數，如果有等待時(shí)鐘信號的高優(yōu)先級任務(wù)，則需要在中斷級別上調度其執行。完成上述工作以后,UCOS一Ⅱ就可以正常運行在A(yíng)RM處理器了。
圖5 ucos-Ⅱ的結構及與硬件的關(guān)系圖 5 結語(yǔ) 安防系統就是運用科技手段與犯罪作斗爭。是人防和物防系統的延續和發(fā)展，可以提高迅速處置非法闖入、破壞、盜竊等突發(fā)事件的能力，起到預防和延遲警情的發(fā)生．安防系統采用的技術(shù)設備、措施等都蘊含著(zhù)較高的科技水平．本文提出采用嵌入式ARM技術(shù)和ucos一Ⅱ操作系統作為新一代安防控制系統的新架構．它具有功能強大、價(jià)格合適、運行穩定可靠、抗干擾性強、實(shí)時(shí)性較強、網(wǎng)絡(luò )功能強大的特點(diǎn)，預計是新型安防控制系統的發(fā)展方向。隨著(zhù)嵌入式硬件平臺的不斷發(fā)展。其程序可以很方便地向其他性能更好、價(jià)格更合適的硬件平臺移植，并且可以配置更加強大的功能組件。 本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：采用ARM系列芯片中的LPC2210嵌入式微處理器，選用可同時(shí)處理多任務(wù)的uCOS-Ⅱ操作系統．完成家居安防的控制，本系統將有效消除家居的安全隱患。并在警情不可避免發(fā)生時(shí)，能實(shí)現快速響應，及時(shí)通知報警的功能。最大限度降低危害的發(fā)生率，大大提高家居生活的質(zhì)量與智能化水平。 項目經(jīng)濟效益：每套系統節約成本4000元左右。 作者：汪海燕 來(lái)源：《微計算機信息》(嵌入式與SOC)2009年第7-2期 |
