嵌入式故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)解析

　電子設(shè)備的故障診斷系統(tǒng)大多采用由傳感器、工業(yè)PC、工業(yè)以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程專家組成的診斷模式。現(xiàn)有診斷現(xiàn)場(chǎng)儀器眾多、連接復(fù)雜，使得系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性難以得到保證。另一方面，要求診斷人員具備專業(yè)知識(shí)，其中包括各類傳感器的固定、連接與信號(hào)處理，難以實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人，遠(yuǎn)程診斷”目標(biāo)。因此有必要從現(xiàn)有的硬件和軟件組成模式的角度出發(fā)，探索一種新的診斷系統(tǒng)組成模式。本文設(shè)計(jì)了基于嵌入式的故障診斷專家系統(tǒng)，使得對(duì)電子設(shè)備的檢測(cè)及維修變得更為方便有效。
　　本文根據(jù)實(shí)際需要選取Windows CE．Net作為本系統(tǒng)的操作系統(tǒng)平臺(tái)。在Windows CE嵌入式系統(tǒng)的平臺(tái)開發(fā)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)是其很重要的一部分，它們用于驅(qū)動(dòng)嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)上的各個(gè)設(shè)備接口。根據(jù)定制的硬件系統(tǒng)，本文對(duì)操作系統(tǒng)的鍵盤驅(qū)動(dòng)程序、觸摸屏、LCD驅(qū)動(dòng)、電源管理及其它的相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行了開發(fā)。
　　1 Windows CE．Net操作系統(tǒng)
　　Windows CE．Net是微軟公司在嵌入式操作系統(tǒng)市場(chǎng)上一個(gè)重要產(chǎn)品，第1個(gè)版本于1996年發(fā)布。Windows CE．Net是針對(duì)有限資源的平臺(tái)而設(shè)計(jì)的32位、多線程、完整優(yōu)先權(quán)、多任務(wù)的嵌入式操作系統(tǒng)。
　　Windows CE．Net一個(gè)突出的特點(diǎn)——模塊化。利用這個(gè)特點(diǎn)，選擇、組合和配置Windows CE．Net的各個(gè)模塊和組件來(lái)創(chuàng)建用戶版的操作系統(tǒng)，即Windows CE．Net的模塊化設(shè)計(jì)使得它能夠在大量的平臺(tái)上定制使用，從客戶電子設(shè)備到專用的工業(yè)控制器。
　　Window CE．Net操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少200 kB的ROM，它支持Win32 API子集、多種用戶界面硬件、多種的串行和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、COM／OLE和其他的進(jìn)程間通訊的先進(jìn)方法，借助Windows CE開發(fā)者就能利用大量其他的編程資源、工具、軟件例子以及文檔來(lái)進(jìn)行Windows CE．Net開發(fā)工作。Micmsoft公司為Windows CE．Net提供了PlatformBuilder和Embedded Visual Studio開發(fā)工具。
　　Windows CE．Net有五個(gè)主要的模塊：內(nèi)核模塊、內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用接口模塊、文件系統(tǒng)模塊、圖形窗口和事件子系統(tǒng)模塊、通訊模塊。其最大的特點(diǎn)是能提供與PC機(jī)類似的圖形界面和主要的應(yīng)用程序。Windows CE．Net嵌入式操作系統(tǒng)的界面顯示大多數(shù)在Windows里出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)部件，包括桌面、任務(wù)欄、窗口、圖標(biāo)和控件等。這樣只要是對(duì)PC機(jī)上的Windows比較熟悉的用戶，可以很快地使用基于Windows CE．Net嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式設(shè)備。
　　2 WindOWS CE．Net平臺(tái)下的驅(qū)動(dòng)開發(fā)
　　Windows CE．Net的分層結(jié)構(gòu)給驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)帶來(lái)極大的方便，使得驅(qū)動(dòng)開發(fā)只需要針對(duì)不同的BSP進(jìn)行修改，很大程度上減少了開發(fā)的工作量。而完成這一工作需要了解兩部分的內(nèi)容，分別是：Windows CE．Net的中斷機(jī)制和Windows CE．Net．的層次模型。
　　2．1 Windows CE．Net的中斷機(jī)制
　　Windows CE．Net系統(tǒng)的大多數(shù)外圍設(shè)備都是通過(guò)產(chǎn)生中斷從操作系統(tǒng)獲得服務(wù)的，如PC卡、板上定時(shí)器、鍵盤、觸摸屏等。當(dāng)設(shè)備需要驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)時(shí)，基于Windows CE．Net的平臺(tái)使用中斷信號(hào)通知操作系統(tǒng)。
　　Windows CE．Net把中斷處理分成兩部分：內(nèi)核模式的中斷服務(wù)程序（Interrupt Serice RouTIne，ISR）和用戶模式的中斷服務(wù)線程（Int-errupt Setice Thread，IST）。ISR通常都比較短，是快速的匯編代碼，一般在0AL層代碼中，能夠直接訪問(wèn)硬件注冊(cè)表。ISR的唯一任務(wù)就是向操作系統(tǒng)返回邏輯中斷標(biāo)志符。中斷服務(wù)線程（IST）是用戶模式線程，在IST中完成大多數(shù)中斷處理。IST在大多數(shù)時(shí)間里是空閑的，只有當(dāng)從函數(shù)WaitForSingeObiect（）得到中斷已經(jīng)發(fā)生的信號(hào)后，IST被喚醒去處理它需要處理的中斷。通過(guò)相關(guān)聯(lián)的帶有中斷標(biāo)志的事件可以完成這些。IST需要首先創(chuàng)建一個(gè)事件并且用邏輯中斷與它相聯(lián)系。當(dāng)中斷過(guò)程完成時(shí)，IST應(yīng)該通知內(nèi)核重新使能中斷。
　　2．2 Windows CE．Net的驅(qū)動(dòng)模型
　　Windows CE．Net所有驅(qū)動(dòng)都以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）的形式存在，在驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中可以調(diào)用Windows CE．Net支持的所有標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)。
　　Windows CE．Net的驅(qū)動(dòng)程序有2種模型：本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和流接口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。
　　1）本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng) 在Windows CE．Net中．通用LED驅(qū)動(dòng)、電源驅(qū)動(dòng)、顯示驅(qū)動(dòng)、鍵盤驅(qū)動(dòng)等都可以用本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)來(lái)開發(fā)。微軟提供了定制接口的方式來(lái)支持內(nèi)部設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，這意味著絕大多數(shù)開發(fā)人員不必大量地編寫本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼。但把Windows CE．Net定制到新平臺(tái)的原始設(shè)備制造商（OEM）除外，它們可以創(chuàng)建自己的本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序到新的平臺(tái)。通常，當(dāng)Windows CE．Net系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，本機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序就被加載到系統(tǒng)的內(nèi)存中。
　　2）流接口驅(qū)動(dòng)程序 在Windows CE．Net中，流接口驅(qū)動(dòng)程序以DLL形式存在，是運(yùn)行在用戶模式下的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)，由一個(gè)叫做設(shè)備管理程序的特殊應(yīng)用程序加載、管理和卸載。與具有單獨(dú)目的接口的內(nèi)部設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序相比，所有流接口驅(qū)動(dòng)程序使用同一個(gè)接口并調(diào)用同一個(gè)函數(shù)集——流接口函數(shù)。流接口驅(qū)動(dòng)程序的主要任務(wù)是把外設(shè)的使用傳遞給應(yīng)用程序，這是通過(guò)把設(shè)備表示為文件系統(tǒng)的一個(gè)特殊文件實(shí)現(xiàn)的。在流接口驅(qū)動(dòng)程序模型中，應(yīng)用程序通過(guò)文件系統(tǒng)的API函數(shù)調(diào)用流接口函數(shù)，然后由流接口驅(qū)動(dòng)程序調(diào)用本機(jī)驅(qū)動(dòng)或者通過(guò)設(shè)備管理器與系統(tǒng)內(nèi)核或外圍設(shè)備打交道。每個(gè)流接口驅(qū)動(dòng)程序必須實(shí)現(xiàn)一組標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)，用來(lái)完成標(biāo)準(zhǔn)的文件I／O函數(shù)和電源管理函數(shù)，這些函數(shù)提供給Windows CE．Net操作系統(tǒng)的內(nèi)核使用。一般，這些函數(shù)被稱為流接口驅(qū)動(dòng)程序的DLL接口。
　　3 驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)
　　在Windows CE嵌入式系統(tǒng)的平臺(tái)開發(fā)中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)是其很重要的一部分，它們用于驅(qū)動(dòng)嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)上的各個(gè)設(shè)備接口。下面針對(duì)在項(xiàng)目中完成的幾個(gè)主要的設(shè)備驅(qū)動(dòng)，來(lái)了解一下具體設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)過(guò)程。
　　3．1 觸摸屏
　　在嵌入式故障診斷專家系統(tǒng)中，為了方便用戶輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行方便的人機(jī)交互，觸摸屏是必不可少。觸摸屏按技術(shù)原理分為：電熔電感觸摸屏、紅外線觸摸屏、電阻式觸摸屏、矢量壓力傳感式觸摸屏等。S3C2410的觸摸屏采用的是電阻式觸摸屏。S3C2410支持觸摸屏接口，它由一個(gè)觸摸屏面板，四個(gè)外部晶體管，一個(gè)外部電源，通道AIN［7］及通道AIN［5］等組成，觸摸屏接口如圖l所示。主要的設(shè)計(jì)流程如圖2所示。
　　
　　
　　在本設(shè)計(jì)中主要完成A／D的轉(zhuǎn)換、觸摸屏上觸摸點(diǎn)坐標(biāo)的顯示、XY軸方向的確定以及有效坐標(biāo)范圍的確定。整個(gè)程序設(shè)計(jì)包括環(huán)境變量初始化、對(duì)LCD控制器和串行口的初始化以及觸摸屏控制與顯示程序。觸摸屏的控制與顯示程序包括串口數(shù)據(jù)傳送、液晶顯示控制、觸摸屏定位、中斷處理程序等。中斷處理程序中又包括A／D轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)計(jì)算、坐標(biāo)檢測(cè)、坐標(biāo)存儲(chǔ)與顯示。