基于μC/OS-II的数字化UPS设计与实现方案 01 控制系统, 优先级, 操作系统

samwalton

1 引言

    随着信息技术的发展，不间断应急电源（UPS）向着数字化、智能化、网络化、大容量多机冗余化和绿色化的方向发展。高性能专用DSP芯片为UPS的数字化提供了良好的硬件基础，而嵌入式实时软件操作系统是数字化产品的核心。

    针对数字化UPS,本文给出了一种基于实时多任务操作系统μC/OS-II 的系统控制设计。设计采用μC/OS-II为内核，实现其在TMS320LF2407A上的移植，通过对UPS控制系统结构与功能的分析，各部分控制功能划分为不同优先级的任务来调度实现，给出了部分参数设定和主程序清单。实践证明，基于μC/OS-II 的数字化UPS 系统提高了控制系统的实时性以及系统运行的可靠性及稳定性。

    2 数字化UPS控制系统结构

    TMS320LF2407A 是TI 推出的专门针对工业控制领域的16 位高性能微控制器，其运算速度高、片内资源丰富，能够很好的满足数字化UPS电源控制系统功能的需要。数字化UPS 系统总体设计框图如图1 所示，虚线框内为主控制模块，按功能划分为A/D转换、PWM（Pulse Wide Modulate）逆变控制、锁相控制、保护控制、键盘及液晶显示、通信接口、实时时钟等功能模块。

    4 数字化UPS任务设计及调度

    控制软件主程序流程图如图3 所示。通过对UPS控制系统结构与功能的分析，各部分控制功能划分为不同优先级的任务，由μC/OS-II实时内核进行调度，实现多任务并行执行。

图 3 主程序流程图

    (1)数字化UPS 任务设计：如表1 所示，采用层次化、模块化的设计思想，根据各个任务的重要性和实时性，把用户程序分成9 个不同优先级的任务，包括数据采集及PWM 波计算、锁相同步、通信处理、系统参数计算、系统状态检测及处理、键盘扫描、键盘处理、液晶显示、空闲任务。任务越重要，实时性越强，任务优先级越高。空闲任务不执行任何功能，一直处于就绪状态，只有其他任务空闲时才执行。

    表1 数字化UPS任务功能及其描述

    (2) μC/OS-II 任务调度：完成任务在运行态、就绪态、挂起态、休眠态以及中断态之间的转换，是实时多任务操作系统运作的核心功能，流程如图4所示。μC/OS-II 的任务调度是基于优先级的抢占式调度算法，系统共有9个任务和3个中断。系统在任务控制块(OS_TCB)中分配一个字(OSTCBPrio)来表示每个任务的优先级，数值越小优先级越高。当发生任务调度时，系统通过任务就绪表查找到优先级最高的任务后，调用函数OS_TASK_SW()完成任务切换。