基于μC/OS-II的数字化UPS设计

速采集。利用LF2407A的SCI 异步通讯接口，采用RS-485 物理标准协议，实现UPS与主机的远程通讯，以便对UPS设备状态、各项参数及故障信息进行查询。

(5) 键盘操作及液晶显示：提供人机对话平台，用户通过键盘操作可设置运行模式、设备通信地址等信息;液晶显示屏以图文方式显示工作状态和参数信息，提供可视化菜单。

(6) 实时时钟：利用串行外设接口SPI 实现与LF2407A控制器的通信，为整个系统提供统一、标准的时钟基准，另外，利用时钟芯片的存储器来存储系统掉电保护参数。

3 μC/OS-II在LF2407A上的移植

μC/OS-II的硬件和软件体系结构如图2所示。

图2 μC/OS-II的硬件和软件体系结构图

要使μC/OS-II正常运行，LF2407A满足以下要求：处理器的C编译器能产生可重入代码，支持可扩展和可链接汇编语言模块;用C语言就可打开和关闭中断;处理器支持中断，并能产生定时中断;处理器有将堆栈指针以及其他CPU寄存器的内容读出、并存储到堆栈或内存中去的指令。

由于μC/OS-II 是源码公开的操作系统，且其结构化设计便于把与处理器相关的部分分离出来，因此μC/OS-II在LF2407A处理器上移植的主要工作是修改与处理器相关部分的代码。由图2 可以看出，它们主要集中在三个文件中：头文件OS_CPU.H、C 文件OS_CPU_C.C、汇编文件OS_CPU_A.ASM.

(1) 修改OS_CPU.H:其中包含两部分的代码，数据类型定义代码和与处理器相关的代码。LF2407A的堆栈数据类型定义为：typedef unsigned intOS_STK;所有的堆栈用OS_STK 声明，地址由高向低递减，OS_STK_GROWTH设置为1.

OS_CPU.H 剩下部分是移植必须定义底层函数的声明，为使低层接口函数与处理器状态无关，同时使任务调用相应的函数不需知道函数位置，采用软中断指令SWI作为底层接口，使用不同的功能号来区分各函数。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。

(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额定负载运行，市电断电或按下强起按钮，逆变器带负载正常启动，启动时间约60ms.市电、逆变切换时间经多次反复试验，均小于120ms.图6 所示为市电到逆变的切换波形，切换时间约60ms,图中波形经检测变压器隔离降压;市电来电，逆变器立即停止工作。

图6 市电到逆变的切换波形

(3)逆变应急长时间工作，输出电压情况测试与系