基于ARM的DIS采集系统设计

软件分为三个层次：设备驱动层、实时操作系统层和用户应用层。
3．2 设备驱动层
设备驱动层在实现总线驱动的基础上进而实现外设驱动。如图2所示，总线驱动包括SPI驱动、USART驱动等。外设驱动包括zigBee无线模块驱动、LCD驱动、触摸屏(Touch Screen，TS)驱动等。
3．3 实时操作系统层
采用小型实时操作系统内核μC／OS-Ⅱ，负责任务调度、任务间通信、内存管理、互斥访问等。又移植了FAT文件系统和GUI图形库，共同形成实时操作系统的概念。
3．4 用户应用层
具体针对DIS采集系统的需要，划分任务，完成各项功能。共划分了五个任务，并根据紧迫性要求设置了不同的优先级。
(1)采样任务，负责与传感器端的简单通信及实时信号的采集。由于数据采样的实时性和准确性是采集系统的第一重要任务，所以设置为最高优先级。
采样任务由点击图形用户界面的响应功能发起，也可由计算机通过USB命令发起。采样任务首先检测在线的传感器类型，获取他们的ID号，然后设置采样率，装载采样中断，并打开传感器，最后打开中断进入等待状态，响应指令。采样中断根据采样率定时采样，如果是模拟传感器，则读取本地A／D，进行模／数转换；如果是数字传感器，则读取串口的数据缓冲区，获得采样数据。对于特殊的传感器还要做滤波等特殊处理。当采样到足够多的数据，则将数据包发送给处理程序。若是本地发起的采样任务，则发送给界面任务处理予以显示；若是计算机通过USB发起的，则发送给USB任务将数据转发给计算机处理。大致流程图如图4所示。

(2)触摸屏输入任务，负责实时探测用户的触摸操作，更新输入坐标。
(3)USB通信任务，负责响应计算机端的指令，根据需要，将采集数据传输到计算机端。
在初始化完成后，任务运行一个状态机，进入空闲状态。当接到计算机的USB中断请求后，转换为不同的状态，以完成任务。大致流程图如图5所示。

(4)图形用户界面任务，负责与用户的交互，完成相应的操作，处理显示数据等。
在初始化完桌面、菜单等一些窗口后，界面任务进入等待状态，等待采样数据，并定时刷新界面。若有显示的需求，界面任务在接收到数据后，根据不同的显示方式作相应的显示。
(5)系统空闲任务，负责收集系统信息，更新系统状态，刷新屏幕内容等。顾名思义，设置为最低优先级。
正如上面提及的顺序，各任务优先级从高到低排列为：采样任务，触摸屏输入任务，USB通信任务，图形用户界面任务，系统空闲任务。

4 结语
经过测试，系统完成了设计功能，并且经过大批量，长时间的采集，系统没有出现数据遗漏和出错情况，能够稳定的运行。
DIS是数字信息技术和嵌入式技术在教育领域的最新应用。分析了DIS系统的整体模型，给出了其主体的一个具体实现。由于硬件上定义了统一的接口，软件上引入了实时操作系统，系统的扩展性极强。创新性地提出了传感器的无线连接方式，以方便实验。系统硬件上基于ARM7平台，体积小，重量轻，功耗低，价格便宜；软件上提供了图形用户界面，支持触摸操作，使用方便，界面友好。系统集数据采集与分析显示于一体，可独立使用，又可以方便地与计算机通信，性能优越，稳定性好。可以预见，该设计在中小学实验教学领域将有广泛的应用前景。