嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、嵌入式系統(tǒng) 專 業(yè)：電了信息科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 請(qǐng)偵覽后下枚! 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用 火災(zāi)的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是在火災(zāi)初期階段報(bào)警，以便及時(shí)撲滅火 災(zāi)、減少損失。但是，在我國(guó)由于宏觀政策與行業(yè)管理的各種原因， 消防系統(tǒng)總是設(shè)計(jì)為一個(gè)需要獨(dú)立的系統(tǒng)，比如在GB 50116-1998 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范中10. 2. 7條就明確規(guī)定火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 的傳輸網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)與其他系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)合用。這樣一方面我國(guó)的消防 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)有了較好的操作環(huán)境；但另一方而，由于對(duì)系統(tǒng)以外 的各個(gè)方面關(guān)心不夠，存在自我封閉性，不利于消防電子產(chǎn)業(yè)更廣 泛地拓寬發(fā)展。尤其是隨著智

2、能建筑和城市火災(zāi)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展, 相對(duì)封閉的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)己越來(lái)越不適應(yīng)環(huán)境發(fā)展的要求，因此建 設(shè)開(kāi)放的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，增強(qiáng)與其他系統(tǒng)的互聯(lián)能力是一個(gè)緊迫的 問(wèn)題。 隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的高速發(fā)展，全國(guó)各地高層、超高層建筑如雨后 筍，而且樓層愈來(lái)愈高，內(nèi)部裝修越來(lái)越豪華，在高層建筑內(nèi)部又 有許多樓梯、電梯和直通上下樓層的各類管線豎井，這就好像是在建 筑物內(nèi)部埋藏了許多導(dǎo)火筒。加之樓內(nèi)空調(diào)、排風(fēng)、排煙、各類管道 等大大增加了火災(zāi)發(fā)生的概率。因此，高層建筑一旦失火，如果沒(méi)有 現(xiàn)代化的自動(dòng)消防報(bào)警設(shè)備及早發(fā)現(xiàn)火情和及時(shí)撲救，火災(zāi)一旦蔓 延造成生命財(cái)產(chǎn)的損失都是難于估量的。國(guó)內(nèi)外發(fā)生的特大火災(zāi)都給 我們敲響

3、了警鐘。 消防自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)包含了很多的監(jiān)測(cè)、控制點(diǎn)，并且它已做到了 價(jià)格低廉，原因是：一方面受政策的影響，消防自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 比較統(tǒng)一，較易形成產(chǎn)品化。另一方而消防自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由于僅需考 慮火情的問(wèn)題，傳輸數(shù)據(jù)量較小，數(shù)據(jù)協(xié)議較為簡(jiǎn)捷，可使在一條 網(wǎng)絡(luò)上連接較多的監(jiān)測(cè)控制設(shè)備。一個(gè)系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)及智能區(qū)域控 制器在整個(gè)工程投資中所占的份額較低。盡管確實(shí)具備了結(jié)構(gòu)緊湊、 價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的外延性不強(qiáng)。 所以火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。 1、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 目前，國(guó)際高端市場(chǎng)是歐美和日本的天下。主要生產(chǎn)商有日本的 日探、報(bào)知機(jī)器和能美；法國(guó)的FARE;瑞士西門(mén)子樓宇自控公司

4、；美 國(guó)的Honeywell、Simplex的消防系統(tǒng)等。國(guó)外產(chǎn)品多數(shù)采用多CPU 系統(tǒng)，各個(gè)CPU分別承擔(dān)不同的任務(wù)，有的CPU主要處理對(duì)探測(cè)器 和模塊發(fā)送控制信號(hào)接受報(bào)警信號(hào)的，有的CPU做顯示處理。采用 的控制器以16位控制器為主。部分消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備采用了 X86的控制 板。軟件編程序基本上是采用交互方式的人機(jī)對(duì)話。在X86的基礎(chǔ)上 有采用在DOS下編寫(xiě)程序，這類產(chǎn)品如法國(guó)的FAREo在通信方面， 許多公司采用了 CAN總線基本上取代了原來(lái)的485通信方式。目前, 部分企業(yè)己經(jīng)將互聯(lián)網(wǎng)引入到了消防設(shè)備。 請(qǐng)俺覽后下枚! 國(guó)內(nèi)火災(zāi)報(bào)警控制器多數(shù)采用8位微處理器。優(yōu)點(diǎn)是硬件成本比 較低，缺點(diǎn)是

5、難以滿足復(fù)雜的數(shù)據(jù)算法，人機(jī)界面做的不是很完善, 設(shè)備的可操作性不好。一方面，在大型消防報(bào)警系統(tǒng)中，報(bào)警地點(diǎn), 報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)的情況難以反應(yīng)給消防值班員。另一方面，設(shè)備在安裝過(guò)程 中，設(shè)備的設(shè)置很難做到現(xiàn)場(chǎng)化，多數(shù)將設(shè)置的數(shù)據(jù)二值化處理后, 預(yù)先存儲(chǔ)在ROM、NVRAM和FLASH中，不便于現(xiàn)場(chǎng)編程，設(shè)備設(shè)置參 數(shù)如聯(lián)動(dòng)關(guān)系，報(bào)警地點(diǎn)的設(shè)置編程很難被工程公司的人員掌握，也 有通過(guò)預(yù)先計(jì)算機(jī)處理了的數(shù)據(jù)，通過(guò)專用軟件將數(shù)據(jù)傳輸給設(shè)備 控制器與控制器之間采用主-從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，若主控制器故障時(shí)整個(gè) 系統(tǒng)都將處于癱瘓狀態(tài)?？刂破鞑荒苤苯油琁nternet相連接，不能 直接進(jìn)行區(qū)域控制報(bào)警。只能通過(guò)PC機(jī)，然

6、后再與互聯(lián)網(wǎng)相連，增 加了額外的工程造價(jià)。 2、ARM的優(yōu)點(diǎn) ARM 公司自1990 年正式成立以來(lái)，在32 位RISC (Reduced Instruction Set Computer) CPU開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)己 經(jīng)從V3發(fā)展到V6。由于ARM公司自成立以來(lái)，一直以 IP( Intelligence Property)提供者的身份向各大半導(dǎo)體制造商出 售知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而自己從不介入芯片的生產(chǎn)銷(xiāo)售，加上其設(shè)計(jì)的芯核 具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機(jī) 廠商的大力支持，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前 己經(jīng)占有75%以上32位RISC嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)

7、。在低功耗、低成木的 嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位。現(xiàn)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)ARM芯片的國(guó) 際大公司已經(jīng)超過(guò)50多家，國(guó)內(nèi)中興通訊和華為通訊等公司己經(jīng)購(gòu) 買(mǎi)ARM公司芯核用于通訊專用芯片的設(shè)計(jì)。ARM芯片也獲得了許多實(shí) 時(shí)操作系統(tǒng)(Real Time Operating System)供應(yīng)商的支持，比較知 名的有:Windows CE Linux uc/ox、pSOS、VxWorks、Nucleus、EPOC、 BeOS 等。 HMS30C7202是Hynix公司由ARM720T內(nèi)核和其他一些外圍接口 器件組成，具有高性能低功耗的特點(diǎn)，片內(nèi)資源非常豐富，具有極高 的集成度，支持工業(yè)級(jí)應(yīng)用。該處理器支

8、持FLASH, Memory, SRAM, SDRAM, Sound,LCD, Touch Screen, Keyboard, IrDA, MMC/SMC, PS/2 口 和CAN接口。主要特點(diǎn)： (1) 采用32位RISC高速M(fèi)CU作為核心處理器，內(nèi)核運(yùn)行速率可達(dá) 70MHz,比傳統(tǒng)51單片機(jī)處理速度提高60倍尋址能力提高4000倍。 (2) 8KB綜合指令/數(shù)據(jù)的cacheo (3) 擁有內(nèi)存管理單元(MMU)便于內(nèi)嵌實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。 (4) 體積小、低功耗、低成本、高性能。 (5) 支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位 /16位器件。 (6) 大量使用

9、寄存器，指令執(zhí)行速度更快。 (7) 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成。 (8) 尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高。 3、硬件結(jié)構(gòu) (1) RS232、RS485 接口(兼容 16C550),其中2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RS232 接口： 一個(gè)接工業(yè)打印機(jī)或微型打卬機(jī)，一個(gè)作計(jì)算機(jī)通信口和計(jì)算機(jī)做 數(shù)據(jù)通信；2個(gè)RS485接口： 一個(gè)作為兼容原來(lái)產(chǎn)品的通信口或和 其它具有JBUS或MODEBUS接口的消防水泵、消防風(fēng)機(jī)和氣體滅火設(shè) 備接口，一個(gè)作內(nèi)部設(shè)備的通信用(如總線式火災(zāi)樓層顯示器火警信 息的發(fā)布)。 (2) 2個(gè)CAN控制器接口(需要外接CAN接口芯片)，一路作為控 制器聯(lián)網(wǎng)用總線，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)控制器的對(duì)等聯(lián)網(wǎng)；一

10、路作為回路控制 板的通信總線，傳輸回路板檢測(cè)到的感煙或感溫報(bào)警探測(cè)器的火災(zāi) 報(bào)警信號(hào)、聯(lián)動(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)關(guān)閉信號(hào)、控制模塊的啟動(dòng)命令、控制模 塊的輸入輸出信息、輸入模塊的輸入信息和它們本身的故障信息。 (3) 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PS/2接口可作為鍵盤(pán)或鼠標(biāo)接口，采用廉價(jià)的標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算鍵盤(pán)，配合相應(yīng)的軟件，可以方便的把漢語(yǔ)拼音，五筆字型等漢 字輸入法集成到系統(tǒng)中來(lái)，我們?cè)诖嗽O(shè)備中采用漢語(yǔ)拼音輸入法，用 來(lái)設(shè)置報(bào)警聯(lián)動(dòng)點(diǎn)的安裝地點(diǎn)、設(shè)備類型等。 (4) 1個(gè)LCD接口，功能強(qiáng)大的LCD接口，便于選擇不同分辨率的 LCD,不用再擴(kuò)充顯示控制電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)從支持廉價(jià)LCD到昂貴 的高分辨率LCD的控制，硬件不做調(diào)整

11、便可實(shí)現(xiàn)從160*120到800*600, 甚至更高分辨率的LCD的顯示控制。方便了系統(tǒng)圖文方式的實(shí)現(xiàn)，具 有很高的集成度。不同型號(hào)LCD的配置只需要調(diào)整軟件就可以實(shí)現(xiàn) (LCD的價(jià)格在產(chǎn)品中是占很大比例)采用同一控制CPU不同的LCD, 實(shí)現(xiàn)價(jià)格的高中低搭配，其產(chǎn)品更加具有兼容性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 (5) 1個(gè)觸摸屏接口(Touchscreen),用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形界面的操作， 更方便用戶的使用。 (6) 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲音接口(片內(nèi)DAC接口模塊，8Bit立體音頻輸出)。 在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，都是擴(kuò)展一塊四聲音的芯片，滿足消防標(biāo)準(zhǔn)， 對(duì)不同報(bào)警信號(hào)發(fā)出不同的聲音提示，如火警聲、設(shè)備啟動(dòng)聲音、氣 體滅火的噴

12、灑聲音及故障聲音。更多的報(bào)警信息難以用聲音提 示，不同的報(bào)警聲音只能用不同的聲音來(lái)提示給操作人員，我們采 用標(biāo)準(zhǔn)聲音接口后，可以很容易的實(shí)現(xiàn)報(bào)警的語(yǔ)音提示功能，加上 圖形顯示功能，實(shí)現(xiàn)一個(gè)多媒體的報(bào)警控制器。 (7) 具有MMC/SMC/CF接口，采用CF卡存放程序,MMC或SMC作為應(yīng)用 程序或數(shù)據(jù)的載體下載到控制器中，便于調(diào)試維護(hù)。系統(tǒng)大了，大量 的電子地圖用于報(bào)警時(shí)候指示具體的報(bào)警地點(diǎn)，需要大的存儲(chǔ)界質(zhì)， 選用MMC或SMC。 (8) 可擴(kuò)展1個(gè)10M以太網(wǎng)口，用于遠(yuǎn)程登錄，聯(lián)網(wǎng)組成大的報(bào)警 網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代建筑集成的越來(lái)越大，單體一個(gè)建筑報(bào)警聯(lián)動(dòng)點(diǎn)可以上萬(wàn) 點(diǎn)的很多，設(shè)置次接口便于多機(jī)共享數(shù)

13、據(jù)，組成大的網(wǎng)絡(luò)。這些硬件 能滿足火災(zāi)報(bào)警的這個(gè)特殊行業(yè)的要求。并且，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)的 穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確。 4、軟件實(shí)現(xiàn) 軟件的設(shè)計(jì)采用嵌入式操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)程序之上做 應(yīng)用程序。具體要應(yīng)用到圖形界而(GUI)、文件系統(tǒng)(FS)、嵌入式 數(shù)據(jù)庫(kù)(EDase)等。目前，常用的嵌入式操作系統(tǒng)非常多，有Windows CE、VxWorks、PSOS、Linux 和 H C/OS - II 等。由于Windows CE、 VxWorks和PSOS等商用嵌入式操作系統(tǒng)的使用要有授權(quán)，其授權(quán)費(fèi) 用為比較昂貴，且不是全部公布源代碼，不利于我們的產(chǎn)品送檢和 使用o Linux的源代碼雖然是完全公開(kāi)

14、的，使用者不需支付任何費(fèi)用, 且互聯(lián)網(wǎng)上的技術(shù)支持也非常豐富，幾乎所有硬件的驅(qū)動(dòng)程序都可 以從網(wǎng)上獲得。但由于這個(gè)操作系統(tǒng)(相對(duì)做嵌入式應(yīng)用的工程技術(shù) 人而言)非常復(fù)雜,我們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)難以掌握。而UC/OS - II是一 種公開(kāi)源代碼、結(jié)構(gòu)小巧(整個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核源代碼C+ +語(yǔ)言包括 詳盡的文件注釋只有五千行左右)、具有可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng)。其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、 內(nèi)存管理和中斷服務(wù)、支持嵌入式TCP/IP協(xié)議等功能。且其授權(quán)費(fèi) 用相對(duì)經(jīng)濟(jì)(技術(shù)研究是完全免費(fèi)的)，國(guó)內(nèi)中小消防企業(yè)完全可 以承受。 (1) 采用嵌入式操作系統(tǒng)(uC/OS - II )o

15、可以把整個(gè)程序分成許 多任務(wù)，每個(gè)任務(wù)相立獨(dú)立，各個(gè)獨(dú)立的任務(wù)可以有多人分工協(xié)作， 便于程序的開(kāi)發(fā)維護(hù)。 (2) 采用圖形界面(u C/GUI)?？梢詫⑾到y(tǒng)的操作方式設(shè)計(jì)成類似 Windows操作方式，人機(jī)界面友好，便于用戶的使用。 (3) 采用嵌入式文件系統(tǒng)(UC/FS)。UC/FS文件系統(tǒng)是簡(jiǎn)化的 FAT 16文件系統(tǒng)，可以將歷史記錄(黑盒子的記錄數(shù)據(jù)包扌舌火警、故 障、設(shè)備啟動(dòng)、設(shè)備關(guān)閉、器件隔離、解除隔離、探測(cè)器污染、系統(tǒng) 故障、系統(tǒng)操作等)、系統(tǒng)的安裝設(shè)置數(shù)據(jù)、安裝地點(diǎn)的數(shù)據(jù)、器件 模塊的隔離數(shù)據(jù)和器件的組態(tài)(設(shè)備的聯(lián)動(dòng)輸出和相關(guān)輸岀等)很 方便的和嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)接口。便于打印程序、顯示程序、通信程 序、查詢程序的編寫(xiě)。 (4)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議(u C/TCP-IP)。用于互聯(lián)網(wǎng)通信編程，通過(guò)網(wǎng) 絡(luò)傳輸協(xié)議，并配置響應(yīng)的硬件，可以將設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，便于遠(yuǎn) 程登入管理。 將嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用于火災(zāi)報(bào)警控制器，并且由于系統(tǒng)實(shí) 時(shí)多任務(wù)機(jī)制的采用，不僅提高了軟件對(duì)異常事件的響應(yīng)速度，同 時(shí)也使軟件的結(jié)構(gòu)和控制大大簡(jiǎn)化，極大地提高了控制器軟件的可 靠性，從而進(jìn)一步提高了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的整體性能。這種系統(tǒng)通過(guò)32 位的ARM作為主芯片，把嵌入式操作系統(tǒng)UC/OSII與嵌入式圖形界 面(u C/GUI)、嵌入式文