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      基于μC/OS-II的光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

      時(shí)間:2024-08-03 11:40:12 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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      基于μC/OS-II的光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

      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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)可以實(shí)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(hù)、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),對于支持多格式光盤的驅(qū)動(dòng)器和播放器的實(shí)現(xiàn),具有重要的參考價(jià)值。

      光盤伺服控制系統(tǒng)是典型的光機(jī)電一體化的控制系統(tǒng),是光盤驅(qū)動(dòng)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(jī)與伺服控制數(shù)字信號處理器配合實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu),已可單片化(將單片機(jī)和伺服控制數(shù)字信號處理器集成在一塊芯片上)實(shí)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(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)。目前普遍采用的方案是利用運(yùn)行于單片機(jī)的小型嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)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(shí)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的光盤伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

      1 光盤伺服控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

      光盤伺服控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。該設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)的驗(yàn)證,為光盤伺服系統(tǒng)的產(chǎn)品化做好準(zhǔn)備。

      2 光盤伺服控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

      系統(tǒng)分析和軟件設(shè)計(jì)是光盤伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)之一,設(shè)計(jì)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(kuò)展性、維護(hù)性等性能。因?yàn)橐骖櫍模郑摹ⅲ茫暮停茫模遥遥椎裙獗P格式和各種不同的機(jī)械參數(shù)的設(shè)置,伺服控制軟件的設(shè)計(jì)變得相對復(fù)雜。為了使控制邏輯明了和易于實(shí)現(xiàn),采用在H8S/2357F上運(yùn)行μC/OS-II實(shí)現(xiàn)光盤伺服控制系統(tǒng)是一個(gè)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(yùn)行,易于系統(tǒng)的開發(fā)。

      光盤伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是分析光盤伺服系統(tǒng),把各個(gè)功能在μC/OS-II核的基礎(chǔ)上建立起來,使其有機(jī)協(xié)調(diào)地運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)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

      2.1 μC/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)

      μC/OS-II是由JEAN J.LABROSSE編寫的一個(gè)源代碼公開、可免費(fèi)使用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它是μC/OS的一個(gè)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(diǎn)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(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),包含了實(shí)時(shí)內(nèi)核、任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信同步(信號量、郵箱、消息隊(duì)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(shí),首先把CPU初始化;接著進(jìn)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(dòng)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(jì)和實(shí)現(xiàn)已有一些參考資料。根據(jù)μC/OS-II的特點(diǎn)和光盤伺服系統(tǒng)工作的具體情況,筆者將實(shí)現(xiàn)的光盤伺服系統(tǒng)分為三個(gè)運(yùn)行狀態(tài):Power-On State(上電態(tài))、Idle State(空閑態(tài))、Execution State(執(zhí)行態(tài))。圖2表示了設(shè)定的三個(gè)狀態(tài)之間的關(guān)系和進(jìn)入各個(gè)狀態(tài)的條件。三個(gè)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(gè)子系統(tǒng):Host Interface(HIS)、Buffer Manager(BM)、 Disk Interface(DIS)。圖3表示了這三個(gè)子系統(tǒng)之間的聯(lián)系和進(jìn)入跳出各個(gè)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(shí)現(xiàn)過程。

      圖4 執(zhí)行態(tài)子系統(tǒng)的任務(wù)狀態(tài)運(yùn)行關(guān)系

      2.3 伺服系統(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(gè)任務(wù):Host Task(主機(jī)任務(wù))、Serial Port Task(串口任務(wù))、Disk Read Task(讀盤任務(wù))、Disk Write Task(寫盤任務(wù))、Servo Task(伺服任務(wù))。任務(wù)間通過Semaphore(信號量)和Mailbox(郵箱)進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)交互控制和任務(wù)的切換。圖5表明了這五個(gè)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:

      void main (void)

      {

      //初始化處理器和硬件

      ……

      //產(chǎn)生任務(wù)

      OSTaskCreate(ServoTask,(void*)0,(void*)&ServoTaskStk[511],4);

      OSTaskCreate(DiscWrTask,(void*)0,

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