基于μC/OS-II的工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)設計

寶雞技師學院 曹艷利

工業(yè)觸摸屏是把觸摸板、LCD液晶顯示器、控制器以及其他外圍電路整合在一起的具有某種特定功能的微型計算機系統(tǒng)，是智能化的操作顯示終端。本文，筆者介紹了一種基于μC/OS-II 的工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)，該系統(tǒng)圖形組態(tài)軟件在計算機的Windows 平臺下，采用Visual C++語言構建，在ARM 的嵌入式μ C/OS-II 平臺上開發(fā)應用程序。計算機上的組態(tài)軟件和觸摸屏之間通過USB 口進行通信。觸摸屏系統(tǒng)作為上位機，可以與不同的控制設備（如PLC、儀表、變頻器等）構成復雜的過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)不同的控制任務。

一、系統(tǒng)組成

工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)包括觸摸屏系統(tǒng)本體和計算機中的嵌入式組態(tài)軟件兩部分。觸摸屏系統(tǒng)本體作為工業(yè)控制系統(tǒng)中的上位機使用時，一是接受下位機的狀態(tài)及存儲器信息，并以數(shù)據(jù)、曲線、圖形、動畫的方式顯示，二是通過觸摸方式控制下位機中的狀態(tài)位及存儲器數(shù)據(jù)，下位機可以是PLC、儀表、變頻器等具有同樣接口及協(xié)議的控制設備，完成工業(yè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制功能，并通過串口，如RS232、RS485、RS422等，與觸摸屏系統(tǒng)進行通信。工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)組成

組態(tài)人員，亦即編程人員，利用計算機中安裝的嵌入式觸摸屏組態(tài)軟件，設計開發(fā)出系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)界面后，創(chuàng)建工程文件，經加密后生成加密的Bin文件，通過USB口將生成的監(jiān)控組態(tài)界面下載到觸摸屏系統(tǒng)的存儲器中。觸摸屏系統(tǒng)上電運行時，將解密Bin文件，解析工程文件，顯示監(jiān)控畫面，自動進行監(jiān)視，并可以由用戶在觸摸屏上進行控制操作。觸摸屏系統(tǒng)存儲器內的Bin文件也可以通過USB口上傳至計算機。

二、觸摸屏系統(tǒng)本體設計

觸摸屏本體包括硬件電路和嵌入式操作系統(tǒng)及應用軟件。觸摸屏本體的硬件電路是整個嵌入式操作系統(tǒng)和應用程序運行的硬件平臺。硬件電路部分分為微處理器和外圍電路。設計所采用的微處理器為ARM9系列的S3C2440A芯片，微處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件，負責控制整個嵌入式系統(tǒng)的運行。外圍電路包括嵌入式系統(tǒng)的RAM、Flash、I/O端口、復位和電源等，與微處理器一起構成一個完整的嵌入式目標系統(tǒng)。

設計選用μC/OS-II操作系統(tǒng)作為觸摸屏應用軟件的開發(fā)平臺，完成嵌入式應用的任務調度和控制核心功能。μC/OS-II 是一種結構小巧、免費公開源代碼、具有可剝奪實時內核的實時操作系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴展性強等特點。μC/OS-II 已經移植到了很多知名的CPU 上，包括S3C2440A，它的基于優(yōu)先級調度的搶占式的實時內核較精簡、可配置，與高層應用關聯(lián)緊密。

本系統(tǒng)的嵌入式應用程序開發(fā)環(huán)境為ARM Developer Suite v1.2，用C語言編寫。ARM平臺利用μC/OS-II提供最基本的系統(tǒng)服務，如信號量、郵箱、消息隊列、內存管理、中斷管理等，完成特定功能的嵌入式應用。嵌入式應用程序包括圖形繪制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、顯示驅動模塊、設備驅動模塊、動態(tài)保存模塊等。圖形繪制模塊負責解析接收到的圖形編輯信息，并在顯示設備上重新繪制出來；數(shù)據(jù)傳輸模塊負責接收和發(fā)送數(shù)據(jù)；顯示驅動模塊負責具體顯示設備的驅動程序編寫，向繪圖模塊提供底層接口；設備驅動模塊負責與PLC等設備通訊；動態(tài)保存模塊負責將需要保存的數(shù)據(jù)寫入Flash芯片中。

三、嵌入式組態(tài)軟件結構設計

設計開發(fā)軟件為VC++，采用面向對象的開發(fā)語言。嵌入式組態(tài)軟件主要包括圖形編輯模塊、數(shù)據(jù)下載模塊和數(shù)據(jù)上載模塊。圖形編輯模塊負責編輯將要顯示的圖形信息，一般為靜態(tài)圖形信息；數(shù)據(jù)下載模塊負責將編輯的圖形信息下載到觸摸屏中，數(shù)據(jù)上載模塊負責將觸摸屏存儲器中的Bin文件通過USB口上傳至計算機中。嵌入式組態(tài)軟件與應用程序的結構與關系如圖2所示。

圖2 嵌入式組態(tài)軟件與應用程序的結構與關系

四、結論

設工業(yè)觸摸屏系統(tǒng)是在μC/OS-II 實時操作系統(tǒng)和ARM 平臺上開發(fā)應用程序，在VC++平臺下編寫組態(tài)軟件。程序均采用模塊化的設計思想，使系統(tǒng)具有更好的可維護性和可移植性。系統(tǒng)具有良好的人機交互界面，支持多種監(jiān)控設備，支持雙串口多協(xié)議運行控制，具有較強的計算功能。