采用CPLD与μC/OS -Ⅱ的断路器智能控制单元设计

CPLD模块设计

本文引用地址： //m.amcfsurvey.com/article/148966.htm

　　在该智能控制单元中，CPLD是一个重要的组成部分，由CPLD组成的状态采集及输出执行系统可以独立工作，主要是控制断路器的异步关合，接受各种输入的按键操作和状态的输入/输出。同步控制时，CPLD接收DSP传送的动作命令，即可以执行同步关合操作，同时，当状态发生变化时，CPLD将发出中断信号，由DSP读取状态并且作出相应的处理或传送给监控中心。CPLD的输入信号主要有异步的关、合、复位输入，断路器的位置信号、开关小车的位置信号、失压跳闸、过流跳闸、系统电压信号等。其信息输出模块的功能主要是显示断路器是否具备可以操动的条件、断路器的合/分闸状态、断路器的动作执行情况、输出控制断路器动作命令等。CPLD的控制框图如图2所示。CPLD作为一个单独的控制执行机构，通过编写相应的VHDL代码，即可以生成相应的操作电路，包括对各种输入信号的锁存、判断和处理，以及对各种命令信号的执行，对输出信号的控制。

　　软件设计

　　软件设计包括系统软件设计和应用软件设计。

　　图2 CPLD的控制框图

　　系统软件设计的主要任务是实现μC/OS-Ⅱ在F2812上的移植;应用软件设计的主要任务是系统功能的实现。

　　系统软件设计

　　μC/OS-Ⅱ简介

　　本设计系统软件采用源代码公开实时操作系统μC/OS-Ⅱ，它是一个基于优先级的、可移植、可固化、可裁剪、占先式实时操作系统，其绝大部分源码是用ANSIC写的。

　　μC/OS-Ⅱ在F2812上的移植要使用μC/OS-Ⅱ，首先要把内核成功移植到所使用的CPU上。μC/OS-Ⅱ在F2812上的移植工作包括4个内容。

　　a.在OS_CPU.H中定义与处理器相关的常量、宏及数据类型。例如关中断和开中断的定义分别为#defineOS_ENTER_CRITICAL()asm“DINT”及#defineOS_EXIT_CRITICAL()asm“EINT”。

　　b.调整和修改头文件OS_CFG.H，以裁减或修改μC/OS-Ⅱ的系统服务，减少资源损耗。例如，

　　#defineOS_MBOX_EN0即禁止使用邮箱相关的代码。

　　c.编写C语言文件OS_CPU.C。由于本设计中未用到其他几个函数，因此这里主要完成函数OSTaskStkInit()的编写。OSTaskStkInit()用来初始化任务的堆栈结构，使其看起来象刚发生过中断并将所有的寄存器保存到堆栈的情形一样。

　　d.编写汇编语言文件OS_CPU.ASM。本文件包括4个子函数程序：OSStartHighRdy()(运行最高优先级任务)，OSCtxSw()(任务级的任务切换)，OSIntCtxSw()(中断级的任务切换)和OSTickISR()(μC/OS-Ⅱ时间节拍中断函数)，这是μC/OS-Ⅱ移植中的重点和难点，这几个函数的合理实现，是保证μC/OS-Ⅱ运行的基础。

　　上述工作完成后，μC/OS-Ⅱ就可以运行了。

　　应用软件设计

　　根据智能控制单元的功能要求，将系统分为交流电压采集模块、数据处理模块、断路器动作时间预测模块、通信模块、以及与CPLD的接口模块共11个任务和3个中断来实现，每个任务根据其实时性的要求并参照单调执行率调度法RMS分配一定的优先级、任务及中断的定义，如表1所示。

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