一种基于实时操作系统μC/OS-II的嵌入式UPS系统控制方案

来区分各函数。其定义格式如下：

　　__swi （0x00） void OS_TASK_SW（void）；//任务切换函数

　　其中，swi 为软中断标志，0x00 是分配的中断号，OS_TASK_SW 是函数名，两个void 分别表示返回类型和参数类型。其它的底层函数接口定义与此相似。

　　（2）修改OS_CPU_C.C:初始化任务堆栈函数和软中断函数的实现。修改OSTaskStkInit（）函数，代码如下：

　　OS_STK *OSTaskStkInit （void （*task）（void*pd）， void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt）

　　{ 模拟带参数（pdata）的函数调用；定义任务堆栈；使用满栈递减方式初始化任务堆栈结构；返回堆栈结构；}

　　软中断函数的实现：

　　void SWI_Exception（int SWI_Num, int *Regs）

　　{ /*根据不同Num 值（功能号）跳转到不同的底层服务函数地址，如：*/ case 0x00:任务切换函数OS_TASK_SW;}

　　（3）修改OS_CPU_A.S:包括4 个简单的汇编语言函数：OSStartHighRdy（）：使就绪态任务中优先级最高的任务开始运行；OSCtxSw（）：实现任务级的任务切换功能；OSIntCtxSw（）：在中断级实现任务间的切换；OSTickISR（）：时钟节拍中断服务子程序。　　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。

　　（3） 数字化UPS 中断：设计3 个硬件中断，一个是AD 采样中断，优先级最高，采用自适应频率方式每周期采样32 个点；另一个是系统时钟节拍中断，优先级次之，每10ms中断一次作为系统时钟；最后是通信中断，优先级低，当接收到外部数据时，便发生中断并对接收的数据进行处理。

　　（4）任务间通信与同步：采用访问共享数据资源的方式实现多任务间的通信，采用信号量进行任务间的同步。为实现任务间的同步，本软件系统建立了3个信号量：

　　数据计算信号量OSPWMCntSem,用于任务1和数据采集PWM 波计算子程序通信。每完成一次中断采样便发出这个信号量，告诉任务1对 采集数据和PWM波进行计算处理。

图4 任务调度流程图。

　　通信信号量OSComSem,用于任务3 和通信中断子程序进行通信。一旦接收到上位机发过来的信号，中断子程序就发出这个信号量，告诉任务4对接收数据进行处理。

　　键盘信号量OSKeySem,用于任务6 和任务7 通信，一旦扫描到有键按下则发出该信号量告诉任务7做键盘处理。

　　（5） μC/OS-II主程序框架：调用任何服务之前，μC/OS-II 要求首先调用系统函数OSInit（）初始化所有变量和数据结构，同时建立一个空闲任务。多任务的启动通过OSStart（）实现，但启动前至少需建立一个应用任务。当调用OSStart（）时，OSStart（）从任务就绪表中找出用户建立的优先级最高任务的任务控制块，然后调用任务启动函数，接下来就完全交给实时操作系统来管理，实时内核不断地对任务进行切换调度，管理各个应用任务和系统资源。系统主程序清单如下：

　　5 实验结果

　　根据前述控制系统设计，成功研制了一台3.75KVAUPS 样机。以下为该样机实时性、可靠性、稳定性测试运行情况，测试设备与仪表包括：泰克TDS3043B 数字示波器、Gad-2016 失真度测试仪、FLUKE189 数字万用表、FLUKE36 钳型电流表、红外线温度计、负载三相3KW 灯泡（约3.75KW炉丝）。

（1）市电输入380V,负载变化：输出相电压稳定度220V±1%,U 相

频率稳定度50Hz±0.4%,波形失真度<2%,其他两相与U 相基本相同，任何两相相位差120°±1°。图5 为空载与满载逆变输出波形。

(a) 空载

(b) 满载

图5 U相输出逆变电压波形。

（2）市电逆变互切，切换时间及可靠性测试：市电输入384V,电池电压490V,3.75KW额定负载运