2 嵌入式操作系统的选择

实时嵌入式操作系统的种类繁多，大体上可以分为两种：商用型和免费型的。商用型的实时操作系统功能稳定、可靠、有完善的技术支持和售后服务，但往往价格昂贵，如QNX和Windows CE等。免费型的实时操作系统在价格方面具有优势，目前主要有Linux和μC/OS-II。由于商用实时操作系统的成本太高，采用免费软件是最好的选择，因此嵌入式实时操作系统最终选择了μC/OS-II。

3 μC/OS-Ⅱ下多任务程序的设计

程序的一开始通过一些宏定义对与μC/OS-Ⅱ运行环境相关的一些配置参数、服务器的IP地址、网关以及子网掩码等局域网参数做了设置，主程序中负责硬件初始化，初始化实时多任务操作统，初始化TCP/IP协议栈，建立任务，为其分配优先级，激活各任务将其置为就绪态。然后在系统内核RTOS的调度下，各个任务按照优先级的不同依次投入运行，任务运行结构如图1所示。

图1 任务运行调度示意图

3.1 故障监控任务

监控任务用来监视当前程序运行状态，它的优先级为最高，它判断前一个运行任务的运行状态，如果有错误发生就采取相应的纠错方案，否则退回到等待状态。被监视任务正常运行时其执行时间是可预估的，被监视任务在其即将运行完毕时向监视任务发送消息说明自身运行正常。被监视任务运行时，监控任务处于等待态，等待被监视任务给它发送消息，等待时间被设定为预计的任务正常运行所需的最大时间。若等待时间内监视任务收到消息，则认为发送消息的任务运行正常，依照各任务执行顺序的先后下一任务开始运行，监视任务等待下一任务发送的消息。若等待时间已过，监控任务仍未收到消息，则系统的时间管理函数将强行把监视任务设置为就绪态。因为监控任务的优先权是最高的，监控任务将首先投入运行，它将抢占对CPU的控制权并采取相应的纠错方案，进行相应的故障处理，从而避免死机的发生。任务实现的流程图如图2所示。

图2 故障监控任务流程图

3.2 模拟量输入输出与数字量处理任务

模拟量输入输出任务属于周期性执行的任务。它包括几个组成部分：模拟信号量的输入，控制算法的运算，产生控制输出。任务首先从物理通道读取经过A/D转换后的传感器信号，对其进行平滑滤波、工程单位转换和报警检测后与控制给定值进行比较，其误差经过内置的PID控制功能块运算后，得到相应的控制量，此控制量经过工程单位转换后直接送给D/A转换输出给现场执行机构，控制其输出，从而实现了现场化的闭环控制。

数字量指的是变量的输入或输出值只能是0或者1这两种状态中的一种。与模拟量输入输出任务相同，数字量处理任务也属于周期性执行的任务，它负责读取现场开关量状态并完成对离散输出的控制。相对来说读取数字量输入是比较简单的任务，对数字量的基本操作，就是微处理器的相应的端口进行读写。比较复杂的是对于脉冲累计型的输入信号和要求以预定义的一定频率转换输出状态的输出信号，在嵌入式实时操作系统下可以通过设定任务的执行间隔来得到简化

3.3 Web Server守护任务

服务器功能是通过Web Server守护任务来实现，它的服务是被动的，需要用户对它进行访问，然后响应用户的请求。系统通过*来自客户机的连接请求，一旦*到连接建立请求并建立连接后，接收来自客户端的数据，并根据相应的命令返回所请求的页面作为响应。任务实现的流程图如图3所示。

图3 Web Server守护任务流程图